Образование окислов на поверхности металла

Алюминий и его сплавы

Известно, что на поверхности алюминия и его сплавов уже при обычных температурах существует микронной толщины окисный слой, который предохраняет алюминий от окисления. Окисел этот выполняет свою функцию и при нагреве алюминиевого изделия на пожаре, вплоть до достижения температуры плавления алюминия. Какой-либо полезной экспертной инфор­мации из исследования окисного слоя на алюминии извлечь не удается.

Медь

На поверхности медных изделий до температуры примерно 100 ⁰С присутствует черная пленка окисла (CuO, окись меди). При нагреве выше 100 ⁰С и достаточной длительности образуется пленка закиси меди красного цвета (Cu₂O). Это обстоятельство дает возможность в отдель­ных ситуациях оценивать, превышала ли температура в зоне, где находит­ся медное изделие, указанную температуру.

Сталь

Если поверхность стального изделия обработанная, гладкая, то первый признак теплового воздействия, который можно обнаружить визуально – так называемые цвета побежа­лости. Они появляются при нагревании стали до температуры 200-300⁰С благодаря образованию на ее поверхности микронной толщины плен­ки окисла. Толщина слоя окисла зависит от температуры нагрева (чем больше температура, тем окисел толще), а за счет интерференции света с изменением толщины пленки меняется ее цвет. Таким образом, получается, что цвет пленки окисла ("цвет побежалости") зави­сит от температуры нагрева стали и может использоваться для ее примерного опреде­ления при исследовании пожара (табл.7.1).

Таблица 7.1.

«Цвета побежалости» на стали

Цвет побежалости	Толщина слоя окисла, мкм	Температура нагрева, 0С
светло-желтый соломенно-желтый оранжевый красно-фиолетовый синий	0,04 0,045 0,05 0,065 0,07	220-230 230-240 240-260 260-280 280-300

Оценка нагрева металлических конструкций по цветам побежалости при поисках очага пожара используется редко. Чаще это делается при установлении причины пожара, связанного с трением, локальным перегревом в технологических установках, двигателях и т.д.

Окалина

Высокотемпературный окисел - окалина - образуется на сталях обыкновенного качества (за время нагрева, характерное для среднего пожара) при температуре от 700 ⁰С и выше.

Рост толщины окалины происходит по параболическому закону (рис.7.7); чем больше температура и длительность нагрева, тем она тол­ще.

От температуры образования зависит и состав окалины.

Рис.7.7. Динамика роста толщины слоя окалины при нагревании стали 08 кп.

Она может состоять из трех слоев различных окислов (рис.7.8) - вустита (оксида двухвалентного железа, FeO), гематита (оксида трехвалентного железа, Fe₂O₃) и магнетита (оксида двух-трехвалентного железа, Fe₃O₄). Чем выше температура, тем больше в окалине вустита и меньше гематита. Вустит имеет черный цвет, а гематит - рыжий. Это обстоятельство позво­ляет по цвету окалины и ее толщине примерно, ориентировочно оценивать температуру нагрева металлоконструкций.

Рис.7.8. Структура окалины.

Низкотемпературная окалина (700 - 750 ⁰С), в которой мало вустита, обычно имеет рыжеватый от­тенок и достаточно тонкая. Окалина, образовавшаяся при 900-1000 ⁰С и более - толстая и черная. Если окисел на поверхности стальной конс­трукции рыхлый и рыжий - это, скорее всего, вообще не окалина, а обыкновенная ржавчина.

Цвет окалины и ее толщина дают возможность примерной оценки температуры нагрева стальных конструкций на пожаре. При этом, однако, не исключены ошибки, поэтому лучше все-таки проводить инструментальные исследования окалины и определять, таким образом, не только температуру, но и длительность нагрева конструкции.

Инструментальные методы исследования окалины будут рассмотрены ниже.