Диффузионной подвижностью

При твердой диффузионной металлизации металлизатором является ферросплав1 с добавлением хлористого аммония (NH,iCli. В результате реакции металлизатора с НС1 или С12 образуется летучее соединение хлора с металлом (А1С1з; СгСЬ; SiCU и т. д.), которое при контакте с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.

Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионной металлизации в промышленности, так как процесс является дорогостоящим и его проводят при высоки* температурах (1000—1200°С) длительное время. Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании этих процессов обусловили некоторое их применение в промышленности.

В зависимости от метода переноса диффузионного элемента на насыщаемую поверхность различают следующие основные способы диффузионной металлизации: 1) погружение в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (например, алюминий, цинк): 2) насыщение из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом и без электролиза); 3) насыщение из сублимированной фазы путем испарения диффундирующего элемента; 4) насыщение из газовой фазы (контактным и неконтактным методом), состоящей из галогенных соединений диффундирующего элемента

В последние годы насыщение металлами (например, хромом) проводя! путем испарения диффундирующего элемента в вакууме. Насыщение поверхности стального изделия двумя и большим числом компонентов (AI и Si, Cr и Si, В и А1 и др.) позволяет в ббльшей мере изменить свойства их поверхности. Многокомпонентное насыщение стали получило ограниченное применение. Ниже дана характеристика наиболее часто применяемых процессов диффузионной металлизации.

При твердой диффузионной металлизации металлизатором является ферросплав с добавлением NH4C1. В результате реакции металли-затора с НС1 или С12 образуются летучие соединения А1С13, СгС12, SiC!4 и др., которые при контакте с металлической поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

При диффузионной металлизации сталь может насыщаться и другими металлами. Так, применяется насыщение поверхности стали Be (бериллизация). Бериллизованный слой характеризуется большой твердостью и высокой жаростойкостью. Кроме того, известны тита-нирование (ТЛ), цинкование (Zn), ниобирование (Mb), молибденирование (Мо), ванадирование (V), вольфрамирование (W), цирконирование (Zr) и др.

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ (от греч. homo-genes - однородный) в металлургии - создание однородной (гомогенной) структуры в сплавах путём ликвидации концентрац. микронеод-нородностей, образующихся в сплавах при кристаллизации, диффузионной металлизации и др. Для Г. сплавы подвергают термич. обработке, т.н. диффузионному, или гомогенизирующему, отжигу, при к-ром за счёт процессов диффузии происходит выравнивание хим. состава в микрообъёмах, соизмеримых с размером зёрен сплава. Г. улучшает технол. пластичность сплавов, повышает стабильность механич. свойств и уменьшает их анизотропию.

Для поверхностного упрочнения деталей применяются также различные виды диффузионной металлизации: алитирование, хромирование, хромоалитирование и др.

137. Пономаренко Е., Деханов Н., Доми'о А. Хромированный трехслойный лист. — В кн.: Повышение стойкости и долговечности, деталей машин и конструкций за счет диффузионной металлизации. Днепропетровск, «Проминь», 1970, с. 45—52. " ~

. Насыщение металлами. В настоящее время в промышленности применяют различные методы диффузионной металлизации — хромирование, алитирова-ние, вольфрамирование, силицирование и др.

Методика исследования фазового состава диффузионных слоев одинакова во всех случаях. Поэтому в качестве иллюстрации применения фазового анализа для исследования процессов диффузионной металлизации рассмотрим определение фазового состава вольфрамированного слоя стали ЗОХН2МА. Вольфрамирование проводили в твердой среде (смесь порошка ферровольфрама с шамотом) при 1050 °С в течение 10 ч. Для ускорения процесса насыщения порошок ферровольфрама перед смешиванием с шамотом был обработан концентрированной соляной кислотой.

ление блоков у-твердого раствора до размера в 1500—2000 А. Малая же скорость разупрочнения связана с малой диффузионной подвижностью атомов алюминия и титана при высоких температурах вследствие высоких значений сил межатомных связей в решетках у- и у'-фаз.

Допустимое количество второй фазы обычно не превышает 5 %, а структурная стабильность достигается усложнением состава фаз и матрицы путем введения элементов с низкой диффузионной подвижностью (Mo, W, Nb и др.).

При высоких (закалочных) скоростях охлаждения и степенях переохлаждения в некоторых сплавах типа твердых растворов замещения (алюминиевых, медных, никелевых и др.) образуются особого рода метастабильные фазы, представляющие собой локальные зоны с повышенной концентрацией легирующего элемента. Из-за различия в атомных диаметрах металла-растворителя и легирующего элемента скопление последнего вызывает местное изменение межплоскостных расстояний. Эти зоны называют зонами Гинье — Престона (ГП). Учитывая, что тип решетки не изменяется, зоны ГП часто называют «предвыделениями». Они имеют форму тонких пластин или дисков и размеры порядка 10"3...10 мкм. Границы их раздела полностью когерентны, поэтому поверхностная энергия зон пренебрежимо мала. У зон малого размера энергия упругих искажений решетки также мала, поэтому энергетический барьер для их зарождения весьма невелик. Зоны ГП зарождаются гомогенно на концентрационных флуктуациях. Особенность образования зон ГП — быстрота и безынкубационность их возникновения даже при комнатной и отрицательной температурах. Это обусловлено повышенной диффузионной подвижностью легирующих элементов, которая связывается с пересыщением сплава вакансиями при закалке.

Характерно, что в тугоплавких металлах VIA группы по сравнению с металлами VA группы разупрочнение обычно происходит в области более высоких температур (см. рис. 2.38, б). Это обусловлено прежде всего более низкой растворимостью в данных металлах и меньшей диффузионной подвижностью в них элементов внедрения [215].

Опытов, которые касались бы свойств материалов, определяемых диффузионной подвижностью атомов, проведено немного. Они главным образом включают рекристаллизацию, рост зерен и изучение фазовых переходов. Ранние сообщения, касающиеся роста зерен в меди, никеле

По сравнению с углеводородным топливом водород может обеспечить более высокие удельные скорости нагрева объема. Это позволит существенно упростить камеру сгорания и, что важно для образования NO*, уменьшить время пребывания водорода в камере. Более высокая скорость горения обусловлена большей диффузионной подвижностью и теплопроводностью водорода.

Вентиляция. При комнатной температуре газообразный водород имеет высокую диффузионную подвижность, его плотность намного меньше плотности воздуха. Однако при утечке жидкого водорода образуется «холодный» водород, который при 55 К обладает такой же плотностью, как воздух при комнатной температуре, и пониженной диффузионной подвижностью. Поэтому в стандарт CGA включено требование достаточной вентиляции.

Среди примесей, неизбежно накапливающихся в теплоносителе, особую роль играет углерод. Источником углерода служат углеродистые стали, находящиеся в контакте с жидким металлом, графит или примеси минеральных масел. Атомы углерода обладают высокой диффузионной подвижностью в металлах, соизмеримой с подвижностью водорода. Науглероживание ведет к образованию в металле твердых растворов и карбидных фаз, что вызывает снижение пластических свойств конструкционных материалов.

На рис. 3-1,а, показаны изменения свойств углеродистой стали 20 при изменении температуры от 20 до 600° С. В интервале температур так называемой синеломкости (200—300° С) повышается прочность и снижается пластичность стали, поэтому следует избегать пластического деформирования малоуглеродистой стали в этом интервале температур. Этот интервал назван интервалом синеломкости потому, что после выдержки стали при температуре около 300°С светлая поверхность стали приобретает синий цвет, что обусловлено образованием тонкой окисной пленки. Снижение пластичности и повышение прочности в интервале синеломкости связано с диффузионной подвижностью атомов примесей. Пластическая деформация происходит путем перемещения дислокаций. Вокруг ядра дислокации, где имеются искажения кристаллической решетки, облегчается растворение атомов примесей. Поэтому вокруг нее образуется «облако» примесей. В процессе пластической деформации «облако» движется за дислокацией и тормозит ее перемещение. В результате пластичность снижается, а прочность возрастает. При температурах ниже интервала синеломкости диффузионная подвижность «облака» мала и дислокация легко обгоняет его. При температурах выше интервала синеломкости диффузионная подвижность «облака» настолько возрастает, что оно практически перестает тормозить перемещение дислокаций и пластичность вновь возрастает.

В двухфазных (а + Р) -титановых сплавах получить равновесную структуру при низких температурах практически невозможно из-за замедленной диффузионной подвижности легирующих элементов. Поэтому режимы стабилизирующей термической обработки для этих сплавов выбирали так, чтобы получить метастабильное состояние структуры, устойчивое в интервале температур —40 ч- +150° С. Устойчивость мета-стабильного состояния в данном небольшом интервале температур определяется не только малой диффузионной подвижностью легирующих элементов, но в большей степени выигрышем, в общей энергии системы за счет работы, затрачиваемой на образование поверхностей раздела фаз.

В приведенном случае пайки стали ОЗВД золотом последнее, диффундируя по большеугловым границам и в объеме зерен паяемого металла, вызывает образование дислокационной сетки, имеющей наибольшее развитие по границам зерен. Повышенная проницаемость границ зерен обусловлена, с одной стороны, повышенной диффузионной подвижностью самой границы зерен, с другой — возникновением вокруг границ зерна области с повышенной диффузионной проницаемостью.