Reguły Pillinga i Bedwortha

Reguły Pillinga i Bedwortha (PBR, z ang. Pilling–Bedworth ratio^[1]) – reguły służące do przewidywania czy zgorzelina lub warstwa tlenku wytworzona podczas korozji metalu w suchym powietrzu będzie zwarta i przez to będzie powodowała zmniejszenie szybkości korozji tego metalu lub jego pasywację. Zaproponowane zostały w 1923 roku przez N.B. Pillinga i R.E. Bedwortha^[2].

Definicja współczynnika PB

W regule tej stosuje się stosunek objętości komórki elementarnej w sieci krystalicznej tlenku do objętości komórki elementarnej odpowiadającej stechiometrycznej ilości metalu z którego tlenek tej jest tworzony, zwany stosunkiem (lub współczynnikiem) PB:

${\displaystyle \mathrm {PBR={\frac {V_{tlenek}}{V_{metal}}}={\frac {M_{tlenek}\cdot \rho _{metal}}{n\cdot M_{metal}\cdot \rho _{tlenek}}}} }$

gdzie:

• PBR – stosunek Pillinga-Bedwortha
• M – masa atomowa lub cząsteczkowa,
• n – liczba atomów metalu w jednej cząsteczce tlenku
• ρ – gęstość, oraz
• V – objętość molowa.

Użycie

Większość metali ma PBR >1, natomiast metale alkaliczne i ziem alkalicznych mają PBR < 1^[1].

W zależności od wyliczonego stosunku R_PB:

• R_PB < 1: warstwa tlenku jest przerwana i nie zabezpiecza przed korozją (np. wapń, magnez)
• R_PB > 2: warstwa tlenku ma tendencję do odrywania się i nie zabezpiecza przed korozją (np. żelazo)
• R_PB = 1–2: warstwa tlenku zabezpiecza przed korozją (np. aluminium, tytan, cyrkon, stale zawierające chrom).

Znanych jest wiele wyjątków od tych reguł. Wiele z nich ma związek z mechanizmem wzrostu tlenku: teoria PB zakłada, że tlen musi być przetransportowany przez warstwę tlenku metalu do powierzchni tlenek-metal; jednakże w rzeczywistości jony metalu mogą dyfundować do powierzchni tlenek-atmosfera.

Przykładowe wartości PBR^[1]

• K → K₂O: 0,47
• Na → Na₂O: 0,54
• Ca → CaO: 0,64
• Mg → MgO: 0,80
• Al → Al₂O₃: 1,28
• Ni → NiO: 1,66
• Cr → Cr₂O₃: 2,01
• Nb → Nb₂O₅: 2,69

Przypisy