Диффузионному механизму

Сплавом называется вещество, полученное путем взаимодействия атомов двух или более элементов. Элементы, составляющие сплав, называются компонентами. Сплав в твердом состоянии может быть получен при охлаждении расплава компонентов или в процессе диффузионного взаимодействия компонентов в твердом состоянии (например, при спекании, диффузионном насыщении).

Несмотря на то что слой сплава цинка с железом, полученный во время горячего цинкования, является более хрупким, чем слой чистого цинкового покрытия, сплав имеет меньшую склонность к коррозии, чем чистый металл. Этим преимуществом можно воспользоваться для улучшения эксплуатационных качеств: при последующем диффузионном отжиге в результате диффузионного взаимодействия твердого железа и жидкого цинка толщина слоя железоцинковых интерметаллических фаз увеличивается до тех пор, пока все покрытие не будет преобразовано в сплав.

Проблема создания и использования композиционных материалов, требующая детальных исследований деформационного и диффузионного взаимодействия составляющих, приводит к необходимости сочетания известных принципов тепловой микроскопии, например, растровой электронной микроскопии; это может быть реализовано в виде приставок к сканирующему электронному микроскопу, позволяющих осуществлять одновременное тепловое воздействие (нагрев или охлаждение) и механическое нагружение образца.

Дальнейшее повышение температуры способствует проявлению Факих нежелательных процессов как ускорение процесса диффузионного взаимодействия между припоем и основным металлом, а также усилению процесса раство- рис 2 многослойный штуцер, из-рения основного металла в рас- готовленный высокотемпературной плавленном припое. некапиллярной пайкосваркой.

Первый период износа характеризуется разрушением небольшого объема металла у вершины кромки, когда ее форма нарушается вследствие срезания и вырыва микрообъемов, нагретых до высоких температур. Износ обусловливается в основном образованием мостиков сварки в результате пластического и диффузионного взаимодействия с разрезаемым металлом. Ведущим видом износа в этот период по классификации Б. И. Костецкого [4] является тепловой износ в его второй или даже третьей стадии. По классификации М. М. Хрущева [5] этот вид износа может быть отнесен к моле-кулярно-механическому изнашиванию при высоких температурах (износ схватыванием).

Третья группа методов - направленное легирование компонентов, приводящее к выравниванию химических потенциалов матрицы и армирующего элемента. Тем самым достигается уменьшение движущей силы взаимного растворения компонентов и снижается скорость диффузионного взаимодействия. Пример термодинамической оценки влияния легирующих добавок на стабильность композиции Ni-W был рассмотрен ранее. Следует отметить, что этот способ позволяет добиться термодинамической совместимости представляющих практический интерес матриц и волокон только в редких случаях, однако он успешно применяется для улучшения их кинетической совместимости.

С помощью высокоразрешающих ПЭМ и других методов детально исследуются ситуации на границах раздела в многофазных наноматериалах. Здесь важным является обнаружение дислокаций несоответствия, диффузионного взаимодействия и появления индивидуальных фаз.

Пайкой называют способ соединения твердых материалов путем заполнения зазора между ними жидким относительно более легкоплавким сплавом-припоем — с образованием между паяемым материалом и припоем прочной связи. Сцепление между ними возникает в результате диффузионного взаимодействия материала заготовки и жидкого припоя с последующей кристаллизацией.

Рост объема металлов при взаимодействии с окружающей средой. Большое влияние на поведение металлов и сплавов при термоциклировании оказывает взаимодействие их со средой. Последняя сказывается не только на темпе смены температуры термоциклируемых материалов, но и может химически взаимодействовать с ними. Активные по отношению к металлу компоненты проникают в глубь образцов и образуют промежуточные фазы. Результатом диффузионного взаимодействия является создание химической неоднородности материала, что усиливает эффект неравномерности нагрева, различия теплового расширения фаз, неодновременности развития фазовых превращений и т. д. Влияние среды, в которой производится термоциклирование, проявляется по-разному. В воздухе и печной атмосфере металлы окисляются. Чугунные и стальные изделия обезуглероживаются. Выгорание хрома,

Вследствие диффузионного взаимодействия вольфрамовых и молибденовых волокон с основой из никелевых сплавов образуются интерметаллидные фазы. Они обволакивают упрочняющее волокно и обладают высокой твердостью и хрупкостью [13, 125]. По-видимому, в системе Mo — Ni — Сг образуется промежуточная фаза типа Сг18Мо42Сг40 с ромбической упаковкой [258], в композиции вольф'рам — нихром — твердый раствор хрома на основе интерметал-лида Ni4W [13]. По мере отжига при 600—1100° С интер-металлидный ободок вокруг волокна утолщается пропорционально корню квадратному из длительности изотермической выдержки. Скорость роста интерметаллидной фазы зависит и от химического состава основы композиции. Так, после отжига при 1100° С при наличии никелевой основы образуется ободок толщиной 30 мкм за 10 час [125], основы из сплава нимокаст 258 — толщиной 25 мкм за 1000 час [292], а из нихрома ХН78Т — 5 мкм за 500 час [13]. В работе [125] предположено, что диффузионные потоки направлены преимущественно из вольфрама в никелевую основу. Согласно данным Л. М. Мирского [172], парциальные коэффициенты диффузии никеля и вольфрама в сплаве, состав которого соответствует Ni4W, близки и с изменением температуры направление преимущественных потоков атомов меняется.1 '

использованием в качестве армирующего волокна молибдена и его сплавов нельзя значительно повысить жаропрочность композиций при температурах вблизи 1100° С. Это побудило к поиску способов предупреждения диффузионного взаимодействия волокна и основы. Устранить вредное влияние диффузионного взаимодействия можно путем созда-ния эффективных барьерных покрытий волокна или применением матрицы, не способной растворять упрочнитель [1251. В композициях с вольфрамовым волокном в качестве защитных покрытий опробованы плавленная окись алюминия [130], алюминий [239] и др. Алундовое покрытие удов-летворительно защищает волокно от растворения, оно сохраняется и после 100 часов отжига при 1200° С. Рекри-сталлизация вольфрамового волокна происходила медлен-нее, чем без покрытий. Эффективным оказалось и нанесе-ние на поверхность упрочнителя алюминия.

При превращении аустенита в перлит по диффузионному механизму пост кристаллов новых Ф*3 сопровождается оттеснением дефектов строения к гпанииам зерен другими словами, дефекты (дислокации, вакансии, при-месные атомы? ^^располагавшиеся по границам аустенитных зерен, пе-

Перлитное превращение переохлажденного аустенита носит кристаллизационный характер и начинается по диффузионному механизму. Это следует из того, что аустенит, например, углеродистой стали (рис. 102), практически однородный по концентрации углерода, распадается с образованием феррита (почти чистое железо) и цементита, содержащего 6,67 % С, т. е. состоит из фаз, имеющих резко различную концентрацию углерода. Ведущей, в первую очередь возникающей, фазой при этом является карбид (цементит). Как правило его зародыши образуются на границах зерен аустенита.

В таком случае коррозия описывается линейным законом, несмотря на то, что окисление металла в промежутках -времени до полной потери защитных свойств окалины может протекать даже по диффузионному механизму. Более подробно такие процессы будут рассмотрены в гл. 4.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСТЕКАНИЯ ЖИДКОСТИ ПО ПОЛИСЛОЙНО-ДИФФУЗИОННОМУ МЕХАНИЗМУ

слойно-диффузионному механизму ..............; 51г

Теоретические основы растекания жидкости по полислойно-диффузионному механизму. Ю. В. М и н а е в, Б. А. И к с а н о в, А. А. Ж у х о в и ц к и и. Физическая химия конденсированных фаз, сверхтвердых материалов и их границ раздела. «Наукова думка», К., 1975, с. 51—55.

В общем случае пленку электролита на поверхности, металла следует условно представлять как состоящую из двух слоев: диффузионного, в котором концентрация кислорода меняется линейно, и концентрационного,, простирающегося за пределы толщины диффузионного слоя. Эффективная толщина диффузионного слоя во всех случаях меньше общей толщины пленки на металле. При этом чем толще пленка электролита, тем в; относительно меньшей части ее кислород переносится по чисто диффузионному механизму. Эффективная толщина диффузионного слоя в изотермических условиях, совпадает с общей толщиной пленки 6 = 30 мкм.

С другой стороны, чисто диффузионный перенос имеет место, когда в электрохимическом процессе принимают участие не ионы, а нейтральные молекулы. Естественно, что их восполнение в приэлектродном пространстве происходит по чисто диффузионному механизму. Вдамках электррхимической тео-!•., рии коррозии особенно важную^роль из числа таких восста- .' ноштел'ьных"процессов на катоде, скорость которых лимита- руется замедленностью диффузии, играет электрохимическое восстановление кислорода, всегда присутствующего в коррозионных средах, находящихся в контакте с атмосферой.

Оба перечисленных метода были опробованы на реакторе Сакстон. Первый метод не дал однозначного ответа на вопрос о положении поврежденного твэла. Тогда несколько пробных сборок из предполагаемой части активной зоны были погружены в транспортировочный контейнер с радиоактивной водой из шахты выдержки отработавшего горючего. Через 36 суток после остановки реактора вода в контейнере была заменена на деминерализованную. На рис. 5.12 приведена активность 137Cs и 1311 в воде в зависимости от времени, прошедшего после первоначальной очистки, с поправкой на время замены воды. Расчеты показывают, что скорость выхода - иода соответствует диффузионному механизму при оцененном содержании 1311 в свободном пространстве твэла к моменту остановки реактора, эти данные собраны в табл. 5.17.

Структура закаленной стали — мартенсит и остаточный аустенит — являются неравновесными фазами. Переход стали в более устойчивое состояние должен сопровождаться распадом мартенсита и остаточного аустенита с образованием структуры, состоящей из феррита и цементита. Распад этих фаз идет по диффузионному механизму, и поэтому скорость процесса в основном

твердых растворов (ТР) A1N—О в результате твердотельной релаксационной перестройки системы с выделением по плоскости (0001) вюртцитной структуры слоев, сегрегирующих растворенный в 2Н—A1N кислород. Структурные особенности политипов описывают в рамках ряда феноменологических моделей (обзор [31]). В [31, 34] схему структурных превращений, определяющую политипообразование в системе A1N—О, связывают со стадиями распада оксшштридного ТР, когда на первой осуществляется (по диффузионному механизму) концентрационное расслоение ТР с выделением обогащенных кислородом областей. На второй — происходит образование в указанных областях кластеров кислорода и формирование на их основе трехслойных кислородсодержащих дефектов с последующим кристаллографическим сдвигом по плоскости (0001). В результате такой локальной перестройки в объеме 2Я-структуры образуются плоские фрагменты "фазы выделения" а-А12О3. В качестве вероятного фактора возникновения направленных напряжений, обусловливающих сдвиг плоскостей (с исключением VM- дефектов), авторы [31, 34] видят образование межслоевых связей О—О вблизи катионных вакансий.