气体种类

金属中气体

创建时间：2008-08-02

金属中气体(gas in metal)

指金属熔体、铸锭及加工制品中存在的气体，主要是氢、氧、氮3种。金属中的气体是造成铸锭气孔、夹渣等缺陷的主要根源，对金属的性能产生不良的影响。气体在金属中常以3种形态存在：(1)由于原子半径很小，气体以原子或离子形态进入金属晶体点阵之间形成间隙固溶体；(2)过饱和气体常以气体夹杂形式存在于气泡或铸锭的气孔中；(3)还有一些以氢化物、氧化物、氮化物等固体化合物的形式分布于表面和金属内部。金属从周围介质中吸收气体，最初气体以分子形式吸附在金属表面称为物理吸附。这种吸附往往只有一个分子层厚度，气体分子处于稳定的分子状态，还不能被金属吸收。当气体与金属的亲和力大于气体分子本身的结合力时，气体分子便离解为原子状态形成化学吸附。由于离解后的气体原子为半径很小的活性原子，金属表面的气体浓度又高于金属内部，气体原子很容易向金属内部扩散而被金属吸收。如双原子氢被金属吸收的过程可表示为：

物理吸附化学吸附扩散溶解气体的溶解度定义为在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度。常用每100g金属中在标准状态下饱和气体的体积cm3来表示。根据西弗特(Sievert)定律，气体的溶解度S与气体性质、气体分压力P和温度T的关系可用下式表示：

式中S0为常数；△H s为溶解时体系的热焓变化；R为气体常数；T为绝对温度；n为同气体分子原子价有关的常数。

氢能溶解于大部分有色金属中，在铝、铜、镁、镍中溶解是吸热过程，溶解度随温度的升高而增大。氢在铝中溶解度的变化情况如图所示，即在相变温度发生溶解度增大的突变。在过渡族金属和稀土金属中溶解是放热过程，溶解度随温度升高而减少。氧与多数有色金属形成氧化物，有的可溶解于金属中如Cu2O。多数氧化物以固体夹杂的形式分布于晶界，对金属的性能造成不良的影响。氮对多数有色金属是中性的，既不溶解也不起化学反应。仅在高温下与铝反应生成氮化物。所以氮可以用做从铝液中除气的除气剂。