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The solubility of oxygen in gamma iron

1953; University of Toronto Press; Volume: 1; Issue: 1 Linguagem: Francês

10.1016/0001-6160(53)90013-3

1878-0768

J. A. Kitchener, J. O’M. Bockris, Molly Gleiser, J. W. Evans,

Metallurgy and Cultural Artifacts

Measurements have been made of the uptake of oxygen from a controlled CO-CO2 gas mixture by thin strips of high-purity iron foil heated to 1325–1423°C by means of an electric current. The oxygen absorbed by the foil was determined by deoxidation with pure hydrogen at 1275°C, the water formed being frozen out and subsequently vaporized and measured manometrically in a small volume. High-purity irons from three different sources led to a result of 0.003 ± 0.003 per cent by weight tor the maximum oxygen content of gamma iron in equilibrium with ferrous oxide. It has been shown, however, theoretically and practically, that traces of impurities such as Mn, Si, Cr, Al, which are always present, may lead to uptake of oxygen by formation of oxidation products at grain boundaries. The evidence is consistent with a true solubility in ideally pure iron of even less than 0.001 per cent. Metals which dissolve appreciable amounts of oxygen (Ag, Zr, Ti, V) do so interstitially; the vanishingly small solubility of oxygen in iron (and copper) can be ascribed to an unfavourable radius ratio, the octahedral holes being unable to accommodate oxygen atoms. The mechanism of diffusion of oxygen in iron is probably intergranular. Des mesures ont été prises de la soustraction d'oxygène d'un mélange controlé de gaz CO-CO2, par des morceaux de mince feuillard de fer de haute pureté, chauffé à 1325–1423°C au moyen d'un courant électrique. La quantité d'oxygène absorbé par le feuillard a été déterminée par désoxydation avec de l'hydrogène pur à 1275°C, l'eau formée ayant été congelée, ensuite évaporée et mesurée manométriquement dans un petit volume. Des fers de haute pureté provenant de trois sources différentes, ont donné 0.003 ± 0.003 pour cent en poids comme teneur maximum d'oxygène dans le 1er gamma en équilibre avec l'oxyde ferreux. Il a été cependant montré, théoriquement et pratiquement, que des traces d'impuretés telles que Mn, Si, Cr, Al, et qui sont toujours présentes, peuvent conduire à une soustraction d'oxygène par formation de produits d'oxydation aux joints intercristallins. Ces considérations sont compatibles avec une vraie solubilité dans du fer idéalement pur, de moins même que 0.001 pour cent. Les métaux qui dissolvent des quantités appréciables d'oxygène (Ag, Zr, Ti, V) le font intersticiellement; l'extrêmement faible solubilité de l'oxygène dans le fer (et le cuivre) peut être attribuée à un rapport: défavorable des rayons, les trous octaèdraux ne pouvant pas loger les atomes d'oxygène. Le mécanisme de diffusion de l'oxygène dans le fer est probablement: intergranulaire. Die Aufnahme von Sauerstoff aus bekannten CO-CO2 Gasgemischen durch Reinsteisenfolien, die auf 1325–1423°C erhitzt waren, wurde gemessen. Der an der Folie absorbierte Sauerstoff wurde durch Desoxydieren in reinem Wasserstoff bei 1275°C bestimmt; das gebildete Wasser wurde ausgefroren, wieder verdampft und manometrisch im kleinen Volumen gemessen. Reinsteisen aus drei verschiedenen Bezugsquellen ergab als maximalen Sauerstoffgehalt des Gamma-Eisens im Gleichgewicht mit Ferro-oxyd 0,003 Gewichtsprozent. Fs wurde jedoch theoretisch und experimentell gezeigt, dass Spuren von Verunreinigungen wie Mn, Si, Cr, Al die immer vorhanden sind, zur Sauerstoffaufnahme durch Bildung von Oxydationsprodukten an den Korngrenzen Anlass geben können. Dieses Beobachtungsmaterial ist im Einklang mit der wahren Löslichkeit von weniger als 0,001% in ideal reinem Eisen. Metalle, die grössere Mengen Sauerstoff aufnehmen (wie Ag, Zr, Ti, V) lagern diesen in das Kristallgitter ein. Die verschwindend kleine Löslichkeit des Sauerstoffs in Eisen (und Kupfer) kann auf das ungünstige Radien-Verhältnis zurückgeführt werden, wobei die Löcher des Oktäders nicht in der Lage sind, die Sauerstoffatome unterzubringen. Die Diflusion von Sauerstoff im Eisen erfolgt wahrscheinlich entlang der Korngrenzen.