化学中的表面吸附与界面反应探讨

固体物质能自动地把周围气体或液体分子、离子或活性原子吸引到固体表面上，这种现象称为固体的吸附。固体表面存在空位、位错、不饱和键力和范德瓦尔斯力，处于能量较高的状态，当周围气体或液体分子、离子或活性原子碰撞到固体表面时，就会被表面原子所吸附。吸附的结果是降低了表面自由能，使体系处于较低的能量状态，所以吸附是自发过程。

介质中的组分通过界面层扩散与工件表面直接接触时，就有可能被工件表面吸附，进而在工件表面上发生各种界面反应，产生渗入元素的活性原子和其他产物。渗入元素的活性原子被工件表面吸附溶入或形成化合物，其他产物发生解吸，离开表面，通过界面层重新进入介质中。

在吸附和界面反应过程中，发生界面反应的首要条件是介质中的活性组分被工件表面吸附，吸附的必要条件是工件表面必须洁净。若钢件表面存在氧化铁或油污，就会阻止Fe对渗碳气体中CO的吸附。洁净表面还可以是界面反应的催化剂。例如，用氨对钢件进行渗氮时，洁净的表面对氨分解起催化作用，氨在铁催化下的分解速度为不催化的1×10¹³倍。离子渗氮进一步说明了洁净表面对渗氮进程的重要性。离子渗氮时，被离解的氢离子在电场的作用下高速轰击工件（阴极）表面，轰击时离子的部分能量转化为热能，对工件表面加热。同时在离子的高速轰击下，钢件表面的原子不断被击出，形成阴极溅射，有效地除去了工件表面的氧化膜等惰性表面层。另外，氢离子在阴极表面放电后形成原子氢，它具有强烈的还原性，也能去除工件的惰性表面层。因此，由于阴极溅射和氢的还原作用，使工件表面保持洁净，促进了活性氮原子的溶解与化合，加快了渗氮的进程。所以，零件在化学热处理之前必须认真清除其表面的铁锈和各种污物。(www.xing528.com)

表面吸附与界面反应从性质上来说是截然不同的，但在整个过程中又相互关联、难以分割。无论如何，表面吸附与界面反应是渗入元素由介质进入工件的开端，任何化学热处理都不可能没有这个分过程。