ऑक्सिडीकरण ही कोणत्याही उच्च किंवा सामान्य तापमानास घडणारी धातूंच्या गंजण्याची विक्रिया असून हिच्यात धातू व वातावरणातील ऑक्सिजन यांची रासायनिक विक्रिया होते. या रासायनिक विक्रियेतून वेगवेगळी ऑक्साइडे, सल्फाइडे आणि कार्बाइडे निर्माण होतात. धातू किंवा मिश्रधातू जेव्हा हवेच्या उपस्थितीत किंवा अति-ऑक्सिडीकारक वातावरणात – अतिरिक्त हवेच्या किंवा ऑक्सिजनच्या उपस्थितीतील ज्वलन – अतिउच्च तापमानास तापविले जातात, तेव्हा त्यांचे उच्च तापमानाला ऑक्सिडीकरण होते.शुद्ध धातूंची ऑक्सिडीकरण त्वरा (वेग) ठरविण्यासाठी तीन मूलभूत गतिजन्य (Kinetic) नियम वापरले जातात : १. अन्वस्तीय नियम (Parabolic rate law), २. लागीय नियम (Logarithmic rate law) आणि ३.रेखीय नियम (Linear rate law) आणि आकस्मिक स्थित्यंतरासारखे ऑक्सिडीकरण (Catastrophic oxidation).
१. अन्वस्तीय नियम : हा फिकच्या प्रथम प्रसरण सिद्धांताचा आधार घेत तयार करण्यात आला आहे. त्या नियमानुसार, धनविद्युतभारित कण (Cation) किंवा ऋणविद्युत भारित कणांचे (Anion) प्रसरण हे ऑक्सिडीकरण त्वरा नियंत्रण करणारा टप्पा असतो. ऑक्साइड – धातू (Oxide-metal) आणि ऑक्साइड – वायूच्या (Oxide-gas) आंतरपृष्ठावर पसरणाऱ्या प्रजातींचे श्रेणीवर्धन (Concentration) स्थिर असते, हे गृहीत धरले आहे. ऑक्साइडच्या थराची (Oxide layer) विसरणशीलता (Diffusivity) सुद्धा निश्चल (Invariant) असल्याचे मानले जाते. या मान्यतेनुसार, ऑक्साइडचे थर एकसमान (Uniform), सतत (Continuous) आणि एकल अवस्थेत (Single phase) असतात. अऱ्हेनिअस समीकरणानुसार (Arrhenius type relationship), प्रसरण त्वरा स्थिरांक (Diffusion rate constant), हा तापमानासोबत बदलतो.
२. लागीय नियम : एक अनुभवजन्य परस्परसंबंध (Empirical relationship) असून ज्यामध्ये काही मूलभूत यंत्रणा (Mechanism) नाही. हा नियम प्रामुख्याने उच्च तापमानापेक्षा कमी तापमानास तयार झालेल्या पातळ ऑक्साइड थरांवर मुख्यतः लागू होत असल्याने तो, क्वचितच उच्च तापमान अभियांत्रिकी समस्यांसाठी लागू होतो.
३. रेखीय नियम : हादेखील अनुभवजन्य परस्परसंबंध असून हा नियम असुरक्षित (Non-protective) ऑक्साइड थरांची निर्मिती आणि वाढीच्या (Formation and Build-up) बाबतीत लागू होतो. सर्वसाधारणपणे, उच्च तापमानास ऑक्सिडीकरण त्वरा कमी होते (अन्वस्तीय त्वरा नियम). कारण, जाड थराचे ऑक्साइड आवरण हे एक मजबूत प्रसरण अडथळा म्हणून उपयोगी ठरते. आकृतीमध्ये ऑक्सिडीकरण त्वरेचे तीनही नियम दर्शविण्यात आले आहेत.
आ. ऑक्सिडीकरणाच्या वेगाचे नियम.
संदर्भ :
- Birks,Neil.; Meier,G.H.; Pettit,F.S. Introduction to the high temperature oxidation of metal, Cambridge, 2006.
- Bose,Sudhangshu. High temperature coatings, first edition, Butterworth-Heinemann, 2007.
समीक्षक – बाळ फोंडके
