Диффузия металлов и определение коэффициентов диффузии

Диффузия металлов и определение коэффициентов [c.8]

Применение выражения (8) для определения коэффициента диффузии по экспериментально полученным кривым распределения диффундирующего элемента по толщине слоя после ХТО обеспечивает точность до порядка величины. Это связано прежде всего с тем, что при ХТО не всегда можно пренебречь временем насыщения поверхности до концентраций, равновесных с окружающей атмосферой, в то время как решение уравнения Фика (8) предусматривает постоянство поверхностной концентрации диффундирующего элемента. Кроме того, концентрация 1, а поверхности является характеристикой взаимодействия насыщающей среды с обрабатываемой сталью и ие всегда может быть определена по диаграмме состояния чистый металл — диффундирующий элемент. [c.281]

Для простоты определения направления диффузии легирующих элементов можно допустить, что в процессе резки будет существовать только двухфазная система — твердый (основной) металл и жидкий шлак. В этом случае общая картина процесса диффузии может быть представлена следующим образом. Если принять, что основной металл содержит компонент В с концентрацией а металл шлака содержит тот же компонент с меньшей концентрацией ТО, очевидно, сразу же после установления контакта между твердой и жидкой фазой начнется диффузионное перемещение компонента В из основного металла в шлак. Основной металл, имеющий в начальный момент состав Со , будет обедняться компонентом В, а жидкая фаза, имеющая в начальный момент состав будет обогащаться компонентом В. Процесс будет протекать до наступления равновесного состояния. Скорость диффузии при этом определяется коэффициентами диффузии ), и компонента В соответственно в твердой и жидкой фазе. [c.41]

Экспериментальное определение коэффициента диффузии в конденсатах сопряжено с большими трудностями, так как разрешающая способность аппаратуры для исследования состава соизмерима с геометрическими размерами объектов. Для приближенной оценки коэффициента диффузии одного металла в тонком слое другого может быть применен метод, разработанный в нашей лаборатории. Метод основан на измерении количества вещества, проходящего сквозь тонкий слой металла-растворителя и испаряющегося с его поверхности при отжиге в вакууме двухслойных композиций из исследуемых металлов. Порядок эксперимента следующий. [c.170]

При определении коэффициента диффузии применяют металлографический, спектральный, рентгенографический, радиоактивный и другие методы. Коэффициенты диффузии отдельных, входящих в состав припоев, элементов в основной металл приведены в табл. 21 [32]. [c.99]

Меченые атомы и соединения позволяют судить о поведении элементов в самых различных процессах. Радиоактивные изотопы могут быть использованы для контроля износа деталей машин и режущего инструмента, для исследования движения газов и шихтовых материалов, для оценки износа футеровки металлургических печей, для выяснения распределения серы и фосфора в сплавах, для разработки оптимальных режимов перемешивания сплавов и т, д. Меченые атомы используются для определения физико химических характеристик металлов и сплавов — упругости пара, коэффициентов диффузии и самодиффузии, диффузии металлов в окисные пленки, взаимной растворимости металлов и др. [c.429]

Пригар образуется в определенный период затвердевания поверхностного слоя отливки. Поэтому этот процесс необходимо рассматривать с точки зрения химической кинетики и капиллярных явлений, обусловливающих образование продуктов взаимо-действия жидкого металла с облицовкой формы. Известно, что образование химических соединений определяется подвижностью ионов и электронов взаимодействующих компонентов (фаз). Ионы железа, марганца и других компонентов жидкого металла характеризуются повышенной активностью и большими значениями коэффициентов диффузии и самодиффузии, вследствие чего интенсивно диффундируют в рабочий слой формы. [c.107]

Полное описание диффузии в реальном металле должно предусматривать вычисление из суммарного коэффициента диффузии парциальных коэффициентов диффузии по определенным дефектам структуры с учетом плотности и топографии дефектов. [c.136]

При окислении металлов могут наблюдаться случаи, когда при невысоких температурах процесс идет в кинетической области, т.е. лимитируется скоростью химической реакции. При повышении температуры коэффициент скорости химической реакции возрастает в несколько раз быстрее, чем коэффициент диффузии. Это приводит к тому, что при определенной температуре (для многих металлов — 800-900 °С) скорость химической реакции уравнивается со скоростью диффузии, а потом и превышает ее. Процесс начинает контролироваться стадией диффузии. Па зависимости IgA — 1/Т этот эффект будет отмечен изломом, изменением наклона прямой линии. [c.56]

Наблюдения за качеством поверхности и формой образцов позволяют сделать заключение, что при силицировании происходит преимущественная диффузия атомов кремния через фазы силицидов, образовавшиеся на поверхности, к металлу, а встречная диффузия металла практически отсутствует. При определенной толщине покрытий на образцах возникают продольные трещины, направленные по нормали к поверхности. Очевидно, растрескивание происходит уже в самом процессе насыщения и является следствием не разницы в коэффициентах термического расширения, а существенного увеличения объема (по отношению к объему прореагировавшего металла) при образовании силицидов, что вызывает появление растягивающих напряжений и развитие трещин на внешней границе слоя. Расчет объемных изменений, происходящих при силицировании, сделанный на основе кристаллохимических параметров металла и новых фаз, подтвердил этот вывод. [c.230]

Параболическая константа скорости реакции Тг зависит как от содержания кислорода в металле, так и от температуры. Из средних- величин параболических констант скорости и данных, приведенных в табл. 2, рассчитывали коэффициенты диффузии кислорода в тории. Начальная концентрация кислорода в тории, определенная методом плавления в вакууме, составляла 0,1291%, что удовлетворительно согласуется с величиной 0,13%, полученной методом нерастворимого остатка. [c.121]

Величина 1пы, как видно из (1.75), сильно зависит от выражения, стоящего в показателе степени экспоненты, и при переохлаждениях 0,2 Ге наблюдается быстрое возрастание скорости образования зародышей. Если увеличивать переохлаждение, начиная от нуля, что соответствует охлаждению расплава от температуры равновесного превращения Ге, то скорость образования зародыша сначала будет возрастать от нуля до максимума, соответствующего определенному значению переохлаждения, а затем, в основном из-за уменьшения коэффициента диффузии, начнет падать, стремясь к нулю. На рис. 1.58 для сравнения приведены кривые, характеризующие зависимость скорости зародышеобразования от переохлаждения для металла и для вязких веществ типа органических или оксидных. Видно, что для металлических жидкостей существует максимальное переохлаждение 0,2Ге- [c.97]

Контакт твердого и жидкого металлов даже одинакового состава может привести к перемещению элементов из одной фазы в другую. Так как все ликвирующие элементы лучше растворяются в жидком металле, чем в твердом, то на границе раздела фаз, стремясь к равновесному распределению, определенному коэффициентом х (см. п. 17), они будут перемещаться из твердого металла в жидкий. При этом концентрация такого элемента в твердом металле у границы раздела с жидкостью понизится, и в эту область начнется диффузия [c.134]

Так как раздельное количественное определение молекулярного, атомарного или ионизированного водорода затруднено, а подвижность их в кристаллической решетке металла существенно различна, то значения коэффициентов диффузии и проницаемости, определяемые экспериментально в разных условиях опыта, различаются между собой. [c.48]

Определенное количество атомов радиоактивного изотопа вводится в твердое тело и затем они разгоняются при различных температурах. Коэффициенты диффузии определяются из измеряемых профилей концентрации изотопа путем подгонки коэффициентов во втором законе Фика. Вследствие очень низкой концентрации точечных дефектов в условиях теплового равновесия коэффициенты самодиффузии в обычных полупроводниках типа 81 и Се на несколько порядков меньше, чем в металлах. Поэтому интервал температур, в котором возможно проведение экспериментов с радиоактивными изотопами, ограничивается довольно узкой областью, на 200-300° ниже точки плавления. Кроме того, измерения коэффициента самодиффузии в кремнии особенно затруднены из-за короткого времени полураспада единственного реально доступного радиоактивного изотопа 51. Для измерения коэффициента самодиффузии в кремнии можно также использовать косвенные методики, такие, как отжиг дислокационных петель, при условии, что наблюдаемые явления определяются скоростью диффузии. На рис. 1.3 представлены графики зависимости коэффициентов самодиффузии в 81 и Се от обратной температуры и отдельные результаты измерений, взятые из литературы. В табл. 1.2 собраны данные по самодиффузии в 81. В целом наблюдается меньшая согласованность данных для кремния по сравнению с германием, у которого имеется долгоживущий радиоизотоп Се. [c.16]

Однако, как отмечалось в 9, существуют фазы внедрения (например, гидриды редкоземельных металлов), в которых внедренные атомы располагаются как на октаэдрических, так и на тетраэдрических междоузлиях. Поэтому представляет интерес рассмотреть диффузию внедренных атомов в том случае, когда диффузионный путь атома проходит через ряд чередующихся октаэдрических и тетраэдрических междоузлшг, в которых эти атомы имеют различную потенциальную энергию. Задача определения коэффициента диффузии атомов С в таком случае интересна в том отношении, что эти атомы при своем диффузионном перемещении должны преодолевать потенциальные барьеры различной высоты, а не одинаковой, как при диффузии по однотипным междоузлиям, в связи с чем процесс диффузии уже не может быть охарактеризован единой энергетической константой — энергией активации ). [c.253]

При анализе электрохимического наводороживания используют методы, основанные на определении скорости проникновения водорода через тонкую мембрану, изготовленную из металла с высоким коэффициентом диффузии водорода палладия, армко-железа и др. 46,55-57J. Для регистрации количества водорода, диффундирующего через мембрану, используют различные способы. Простейшим является измерение увеличения давления или объема газа в регистрирующей части ячейки. В устройстве для определения наводороживания металла при трении в кислоте 57J измерение потока водорода проводят при непрерывной откачке системы со стороны выхода мембраны с помощью омегатронного измерителя парциального давления. [c.25]

Оригинальную методику определения коэффициента диффузии водорода (D) в железе и сталях при комнатной температуре разработали Я- М. Гельфер и Т. А. Изманова [25]. Определение D основано на применении цилиндрических образцов радиусом R и длиной 21, исходя из заданной начальной постоянной концентрации водорода в металле, и допущении массооб- [c.9]

Уравнение (18) для Г справедливо только для диффузии в кристалле примесей внедрения. Теперь рассмотрим самодиф-фузию в чистых металлах. Стандартным методом определения коэффициента диффузйи в чистых металлах является нанесение слоя радиоактивного изотопа на образец данного металла с последующим отжигом и определением глубины проникновения радиоактивного вещества. После сравнения результатов подобных исследований с теоретическими расчетами было сделано заключение о том, что у большинства (если не у всех) чистых металлов механизм диффузии является вакансионным. Это означает, что в кристаллической решетке имеется небольшое количество вакантных узлов, и атом перемещается только в том случае, если он может занять одну из имеющихся соседних вакансий, которая окажется рядом с ним. В этом случае частота перескока атома определяется не только частотой колебаний, в результате которых атом приобретает энергию, необходимую для перескока, но и временем нахождения его по соседству с вакантным узлом, который он может занять. [c.144]

Кирневский Б. А., Марковский Е. А. Определение коэффициентов диффузии различных элементов в поверхностных слоях трущихся металлов. Тезисы докладов VIII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов. Куйбышев, 1976, с. 20. [c.205]

Как известно, среди методов определения коэффициента диффузии водорода в объеме металла и коэффициента его проникновения через мембрану-катод одним из наиболее точных является электрохимический метод, предложенный Деванатха-ном и Стахурским [1] и использованный рядом исследователей [2-6]. [c.49]

Опытные значения коэффициентов диффузии, приведенные к давлению 1 кГ/см , представлены на рис. 1 и 2. Разброс опытных точек не превосходит + 15%. В большинстве опытов инертный газ для удаления следов кислорода и водяных паров перед подачей в установку продувался через эвтектический расплав Ка—К. Следует отметить, что очистка газа не оказывает влияния на величины коэффициентов диффузии для цезия при температурах выше 630° К, а для калия — при температурах выше 723° К. Это объясняется хорошей растворимостью пленки окисла в металле (в цезии окисел начинает растворяться при более низких температурах, чем в калии). В опытах 2, 3 исходный калий содержал больше окислов и газ не очищался. Поэтому для смеси К—Не при температуре 723° К было получено заниженное значение (2,3 см 1сек при атмосферном давлении). Для смеси же К—Аг при той же температуре прежние данные и результаты проверочных опытов (с очисткой газа), проведенных в последнее время, совпали. Это объясняется большей чистотой аргона по сравнению с гелием. В последних опытах по определению коэффициента диффузии для смеси К—Не калий в диффузионную трубку загружался не в атмосфере гелия, а в атмосфере аргона (чтобы окисление было меньше). Аргон удалялся при вакуумировании диффузионной установки перед опытом. В процессе опыта гелий очищался. Таким способом были найдены более точные значения 1)12 ДЛя смеси К—Не при температуре 723° К. При более высоких температурах коэффициент диффузии для этой смеси получался одним и тем же и при загрузке под аргоном, и при загрузке под гелием. В случае цезия окисление сказывалось только при температурах ниже 630 °К. [c.50]

Распределение Нд по объему сварного соединения и его концентрацию в любой заданной точке определяют экспериментальнорасчетным способом. Способ состоит в экспериментальном определении исходной концентрации диффузионного водорода в металле шва Нш(0), установлении зависимости коэффициента диффузии водорода от температуры для шва, ЗТВ и основного металла и параметров перехода остаточного (металлургического) водорода Но в основном металле в Нд и обратно при сварочном нагреве и охлаждении. Расчетная часть заключается в решении тепловой задачи для заданных типа сварного соединения, режима сварки и решения диффузионной задачи. Последняя для сварки однородных материалов представляет ч 1Сленное решение дифференциального уравнения второго закона Фика, описывающего неизотермическую диффузию водорода с учетом термодиффузионных потоков в двумерной системе координат [c.534]

В ряде работ с использованием тех или иных упрощающих предположений было проведено определение коэффициента С" в формуле (23,29). Вертом и Зииером [4, 5] с использованием метода теории скоростей реакций Эй-риига [6] был рассмотрен случай диффузии по междоузлиям малых атомов С, внедренных в кубическую решетку чистого металла, и в результате получено следующее выралсение для коэффициента их диффузии [c.246]

Как было выяснено выше, теория диффузии Френкеля, в которой рассматривается перемещение одного атома во внешнем силовом поле соседних атомов металла, является сильно схематизированной теорией. Однако, если не ставить перед собой задачу определения численных значений коэффициентов диффузии и интересоваться лишь качественными зависимостями их от температуры, а в сплавах еще II от состава, а также параметров, характеризующих размещение атомов разного сорта, то такая теория может быть с успехом применена и к более сложным случаям. При этом, конечно, подразумевается, что температура тела постоянна, неоднородные поля напря-лщппй отсутствуют и тело не имеет неоднородностей, не связанных с наличием градиентов концентраций диффундирующих веществ. Таким образом, предполагается, что отсутствуют причины, приводящие к возможности восходящей диффузии и других явлений, требующих для своего объяснения более общего подхода. Поэтому в дальнейшем модель диффузии Френкеля будет широко применяться при решении различных вопросов указанного типа. [c.252]

Наблюдаемые дефектные структуры металла после снятия нагрузки не отражают всей совокупности и последовательности структур, присущих кристаллической рещетке. Неустойчивость дефектной структ фы любого масштабного уровня наступает при определенном критическом уровне поступающей энергии или соотношении возмущений. Неоднородности определенного масштабного уровня зависят от скорости перемещения дефектов и ее соотношения с коэффициентом диффузии. Поэтому к одному и тому же типу дефектной структуры металла можно прийти при разном соотношении параметров внешнего воздействия. Более того, при достижении мезоскопического масштабного уровня реализуемые типы дефектных структур тождественны для металлов с различным типом кристаллической решетки (ГЦК, ОЦК И ГПУ). [c.144]

На кафедре проводятся теоретические и экспериментальные исследования по вопросам взаимодействия газов с литейными сплавами. Разработаны теория и методика экспериментального определения водо-родопроницаемости, коэффициентов диффузии и массопереноса водорода в жидких металлах. Помимо расширения представлений о модели жидкого состояния металлов появилась реальная возможность использования явления переноса водорода для практического применения. На основании этих исследований разработаны методика и конструкции установок для экспресс-определения содержания водорода в жидких алюминиевых сплавах непосредственно в плавильных или раздаточных печах. [c.68]

Судя по литературным данным [80], на окисление никелевых и кобальтовых сплавов тугоплавкие элементы оказывают влияние трех видов. Влияние одного из них благотворно, поскольку тугоплавкие элементы можно рассматривать как ловушки (геттеры) для кислорода, способствующие образованию защитных слоев из Al Oj и r Oj. Влияние двух других видов — вредное. Во-первых, тугоплавкие элементы уменьшают диффузионную активность алюминия, хрома и кремния, а это противодействует формированию защитного слоя. Во-вторых, оксиды тугоплавких металлов обычно незащитны (т.е. отличаются низкой температурой плавления, высокой упругостью паров, высоким коэффициентом диффузии и другими неблагоприятными характеристиками), и поэтому они нежелательны в качестве компонентов для наружной окалины. Следовательно, вредное влияние тугоплавких элементов оказывается более весомым, чем их благотворное влияние, так что для повьш1ения противоокислительной стойкости их обычно в суперсплавы не вводят. Но поскольку тугоплавкие элементы не равнозначны, то некоторые из них использовать предпочтительнее, чем другие. Представляется, например, что тантал, не вызывает столь вредных последствий, как вольфрам или молибден, поэтому он один из тех тугоплавких элементов, которые следует предпочесть. Вольфрам, молибден и ванадий ведут себя примерно одинаково, но вольфрам определенно сильнее снижает. скорости обменной диффузии, чем остальные элементы, и, следовательно, более, чем другие способен к неблагоприятному влиянию в отношении избирательного окисления. Оксиды ниобия не являются защитными, поэтому его присутствие в составе окалины нежелательно. Рений применяли в суперсплавах в ограниченных масштабах его влияние, по-видимому, аналогично влиянию ниобия. Гафний и цирконий часто вводят в суперсплавы в небольших количествах, они значительно улучшают прочность связи окалины с основным сплавом. [c.32]

В соответствии с представлениями о доминирующей роли водорода, внедренного в металл, в качестве количественного показателя воздействия среды применяется концентрация диффузионно-подвижного водорода (ДПВ). В производственной и лабораторной практике нефтегазодобывающих отраслей распространены два основных способа определения наводороживания. При первом в среду одновременно с объектом помещают образец-свидетель, по содержанию водорода в котором после обусловленной экспозиции оценивают наводороженность самого объекта. Во втором — регистрируют поток ДПВ через участок объекта с односторонним наводороживанием и с помощью расчета, принимая во внимание диффузионную проницаемость металла, судят о содержании ДПВ. В обоих случаях точность оценок связана со знанием закономерностей распределения ДПВ в металле и информацией о коэффициенте диффузии ). Имеются сведения, что распределение ДПВ отличается от распределения при концентрационной диффузии по закону Фика [130, 134], а коэффициенты диффузии по разным источникам могут различаться на три порядка [4, 9, 130]. Такое положение сдерживает использование количественных показателей наводороживания в исследовательской практике. [c.45]

Для количественной оценки скоростей окисления часто требуется знать величину скоростей диффузии как в самих сплавах, так и в продуктах окисления. В настоящее время имеются числовые данные для довольно широкого круга сплавов. Включение всех таких данных в настоящую монографию потребовало бы слишком много места. Читателю рекомендуется в таких случаях обращаться за справками к книге Зайта [111] или к Справочнику по металлам Смителлса [11]. Меньше данных имеется о скоростях диффузии в продукта.х окисления, т. е. главным образом в окислах и сульфидах. Эти данные собраны иами и обобщены в табл. 5 в виде значений >о и Q [уравнение (16)]. Но если значения индивидуальных коэффициентов диффузии довольно точны, то наклон кривых зависимости логарифма D от величины, обратной температуре, может быть серьезно искажен да е из-за умеренной неточности отдельных значений. Приводимые в табл. 5 значения скорости диффузии в сплавах, равно как и значения, даваемые в других источниках [11, 111], могут быть использованы с определенной уверенностью для получения значений D только в тех температурных интервалах, в которых были [c.57]

Расйматривается потенциостатический метод определения водородо Гро-ницаемости в металлах при электрохимическом наводороживаиии. Описана из.мернтельная ячейка, с помощью которой получены значения коэффициентов диффузии водорода при комнатной температуре в железе и сплаве ВТ-15. [c.133]

Измерены скорости окисления Т1, 2г и Н1, а также сплавов систем Zт — Ti и Н1 — Т при различных температурах, определены значения коэффициентов диффузии кислорода в этих материалах. Коэффициенты диффузии кислорода при 800° измеряли методом микротвердости в поперечных сечениях образцов, предварительно окисленных до появления черных окисных пленок и затем отожженных в вакууме. По эффекту деформационного старения, вызываемого взаимодействием растворенного в металле кислорода с движущимися дислокациями, определены интервал температур, при которых подвижность кислорода начинает сказываться на свойствах металла. Установлены определенная корреляция между скоростью окисления металлов и сплавов и уровнем подвижности кислорода в них, указывающая иа то, что только при достаточной диффузионной подвижности кислорода в металле происходит постоянное генерирование анионных вакансий в окнсной плеике. [c.125]

Если рассчитать величину предельного диффузионного тока для песка на основании исследавания нестационарной диффузии и полученных значений О (см. рис. 191) и сравнить с непосредственно экспериментально определенным предельным током, то полного количественного совпадения не наблюдается (рис. 192, кривые 1 и 3). Наблюдаемый предельный ТО К меньше рассчитанного из найденных значений общего коэффициента диффузии кислорода О. Это несовпадение следует объяснить добавочным диффузионным торможением в пленке электролита на поверхности катода при экспериментальных определениях предельного тока. Очевидно, что даже в относительно мало влажных почвах на поверхности металла образуется более или менее сплошная жидкостная пленка, так как влажность воздуха в порах почв близка к 100%. Вследствие [c.369]

Без большой погрешности ,- можно приравнять к G<, т.е. к содержанию примеси в катодном металле. Для случая, когда скорость разряда ионов примеси и основного металла на катоде лимитируется электрохимической стадией, предложено другое уравнение [ 139]. Следует отметить, что, несмотря на корректность указанных уравнений, для их использования необходимо знать величины отдельных коэффициентов, в частности коэффициента скорости конвективной диффузии, что является сложной задачей. В связи с зтим в производственных условиях определение предельно допустимых концентраций примесей производят эмпирическим путем с использованием статистических данных. [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...