Химия - Диффузионный слой - Физико-химические основы формирования диффузионного слоя

01 марта 2011


Оглавление:
1. Диффузионный слой
2. Физико-химические основы формирования диффузионного слоя
3. Толщина диффузионного слоя

Процессы на насыщаемой поверхности

Насыщаемая поверхность не равновесна: не однородна по химическому составу, содержит дефекты кристаллического строения и адсорбированные атомы, ее структура обладает естественной и искусственной шероховатостью.

Процесс адсорбции при химико-термической обработке сложен и зависит от многих факторов: температуры, давления, состояния поверхности, природы металла и диффундирующего элемента и т.д. Кроме того, процесс адсорбции насыщающих элементов сопровождается поверхностной самодиффузией и гетеродиффузией, а в случае протекания на поверхности раздела химических реакций - десорбцией продуктов реакции в реакционную среду.

Диффузия в твердом теле

Адсорбированные поверхностью атомы насыщающих элементов диффундируют вглубь обрабатываемого изделия. Суммарный диффузионный поток при химико-термической обработке состоит из атомов насыщающих элементов, основного металла сплава, легирующих элементов сплава и примесей. Диффузионные потоки оказывают взаимное влияние на скорость и полноту реализации процесса насыщения.

Фазовый состав диффузионного слоя

В настоящее время существуют две качественно отличающихся теории: 'атомная' и 'реакционная'.

Согласно 'атомной' теории, при химико-термической обработке фазы диффузионного слоя формируются в последовательности, определяемой изотермическим сечением диаграммы фазового состояния «металл - насыщающий элемент», при температуре обработки. Математическим выражением 'атомной' теории является многофазная, в которой диффузионный массоперенос в каждой фазе описывается вторым законом Фика, а на межфазных границах ставят условие баланса диффузионных потоков.

Теория 'реакционной' диффузии впервые была предложена В.З. Бугаковым. Согласно этой теории, при контакте двух разнородных металлов на границе, в результате гетерогенных флуктуаций, образуются зародыши новой фазы - интерметаллического соединения. Возникающая фаза может занимать промежуточное положение на диаграмме фазового состояния.

При прогнозировании фазового состава диффузионных слоев и последовательности образования фаз, следует учитывать не только особенности диффузионного массопереноса в металле, но и кинетику фазовых превращений.

Формирование структуры диффузионного слоя

Структура диффузионного слоя формируется в процессе выдержки при температуре химико-термической обработки, в процессе охлаждении или последующей термической обработки.

При температуре химико-термической обработки формируется либо гомогенная структура диффузионного слоя, либо неоднородная – многофазная, гетерогенная структура, состоящая из нескольких однофазных структурных зон, расположенных последовательно по мере удаления от поверхности насыщения.

Структурная зона диффузионного слоя – часть диффузионного слоя, материал которой формируется в результате фазовых превращений при ХТО. Каждая структурная зона при температуре ХТО является однофазной и отличается от других зон диффузионного слоя. В процессе последующего охлаждения или термической обработки в диффузионном слое возможны фазовые превращения, характер которых зависит от режима охлаждения и устойчивости фаз, сформировавшихся при температуре химико-термической обработки.

Переходная зона – переходная структура между наиболее значимой с точки зрения эксплуатации зоной диффузионного слоя и сердцевиной.

При их формировании диффузионного слоя при ионной химико-термической обработке определяющее значение имеет процесс имплантации ионов насыщающего элемента. Структура такого диффузионного слоя отличается от полученной в результате традиционной ХТО, где значительную роль играет диффузия по границам зерен .

Просмотров: 4235

<<< Диффузионное насыщение металлами