Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Диффузия в металлах




В действительности на порядок и скорость окисления (раскисления) элементов влияет не только температура, но и их концентрация,

причем совместное наличие нескольких элементов в растворе лишает их возможности свободно и независимо друг oт друга реагировать с кислородом.

Поэтому, вводя в жидкий металл большее количество раскислителя, мы способствуем более полному связыванию кислорода в оксиды. Вследствие малого удельного веса и нерастворимости оксидов в жидком металле они всплывают на его поверхность, образуя шлаки.

 

Метод оценки сродства элементов к кислороду по упругости диссоциации оксидов не лишен недостатков, главный из которых - низкие значения получаемых величин, в связи с чем в ряде случаев понятие упругости диссоциации как давления теряет физический смысл.

Более широко применяется оценка сродства к кислороду по изменению изобарно-изотермного потенциала образования оксидов. Однако изобарный потенциал характеризует это сродство при концентрации элементов, равной единице, в то время как упругость диссоциации оксидов рассчитывается при любых концентрациях элементов.

 

Диффузией называется процесс самопроизвольного распространения вещества в какой-либо газообразной, жидкой или твердой среде.

Явления такого типа, связанные с переносом масс, обусловливаются, главным образом, неогрганизованным тепловым движением молекул и атомов.

 

Диффузию следует отличать от конвекции. Конве́кция — вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Перемешивание при конвекции можно считать, в большей степени, организованным движением атомов и молекул.

 

В газообразном и жидком веществах перемена мест атомов и молекул происходит сравнительно легко, вследствие того что связи между этими частицами ослаблены или полностью нарушены.

В твердых кристаллических телах положения атомов фиксированы в узлах кристаллической решетки, однако, и в этом случае блуждание отдельных атомов вещества (миграция) вполне возможно, хотя и происходит менее интенсивно, чем в жидкости или газе.

 

Чаще всего диффузия протекает в направлении снижения концентрации вещества, но в некоторых условиях может идти и в сторону повышения ее. В первом случае диффузия носит название н исходящей, во втором — восходящей. Результатом нисходящей диффузии является равномерное распределение вещества по объему растворителя, тогда как восходящая диффузия приводит к разделению компонентов.

 

Основные законы диффузии в металлах. Диффузия подчиняется ваконам, известным под названием законов Фика.

Первый закон диффузии, или первый закон Фика, формулируется так: количество вещества dM, продиффундировавшее за время dt через элемент поверхности dS, пропорционально градиенту концентрации dC/dx

Коэффициент пропорциональности D называется коэффициентом диффузии.

Закон Фика справедлив для малых концентраций диффундирующего вещества, далеких от концентрации насыщения.

Процесс диффузии аналогичен распространению тепла посредством теплопроводности. Количество вещества соответствует количеству тепла, а концентрация — температуре. Поэтому вт о рой закон диффузии может быть выведен аналогично уравнению

теплопроводности: Уравнение (V.74) выражает второй закон Фика в самом общем виде в предположении, что коэффициент диффузии сильно зависит от концентрации элемента и различен (анизотропен) в различных направлениях.

 

1. Влияние на диффузионные процессы некоторых факторов.

Влияние температуры.

Температурная зависимость коэффициента диффузии выражается уравнением

где D —коэффициент диффузии при температуре Т,

R—газовая постоянная; R = 1,987 кал/моль • °С;

Т — температура, К;

е —основание натуральных логарифмов;

А —коэффициент, зависящий главным образом от типа кристаллической решетки.

Q — теплота активации при диффузии, или теплота разрыхления кристаллической решетки, отнесенная к одному молю металла растворителя, кал/моль; при самодиффузии она составляет 65—80% теплоты испарения.

Чем больше Q, тем устойчивее, стабильнее структура, меньше D и, следовательно, меньше скорость диффузии.

2. Влияние природы взаимодействующих веществ.

Установлено, что значения коэффициента диффузии D тем выше, чем больше природа диффундирующего элемента отличаетсяот природы растворителя.

 

Работа разрыхления Q для пар элементов, расположенных далеко друг от друга в таблице Менделеева, снижается. Очевидно по той же причине самодиффузи я в большинстве случаев характеризуется большей работой разрыхления (активации) и меньшей скоростью, чем диффузия посторонних элементов.

Самодиффузия, частный случай диффузии в чистом веществе или растворе постоянного состава, при котором диффундируют собственные частицы вещества. При самодиффузии атомы, участвующие в диффузионном движении, обладают одинаковыми химическими свойствами, но могут различаться по своим физическим характеристикам (составом атомного ядра, например, изотопы).

 

Активность диффузии зависит от того, какой тип раствора (внедрения или замещения) образуют данные элементы. Если атомы диффундирующего вещества располагаются между узлами основной решетки, затраты энергии значительно меньше, так как процесс происходит без вырывания атомов из узлов и их замещения. Диффузия в этом случае протекает быстрее. Например, для азота и углерода, растворяющихся в γ-Fe по типу растворов внедрения, значения Q соответственно равны 34 600 и 31 000 кал/(г-атом), тогда как для элементов, образующих твердый раствор замещения, Q значительно выше. Растворы внедрения в железе могут образовывать элементы с атомами малых размеров: Н; N; В; С.

 

3. Влияние концентрации диффундирующего вещества.

Зависимость скорости диффузии от концентрации диффундирующего элемента выражена уравнением

4. Влияние «третьего» компонента.

Наличие в твердом растворе кроме основного и диффундирующего вещества третьего компонента существенно сказывается на скорости процесса. Влияние это может быть различным.

С одной стороны растворение третьего компонента, занимающего вакантные места, может затруднить диффузию; с другой — наличие инородных атомов в кристаллической решетке искажает ее и тем самым облегчает диффузию.

При диффузии углерода в g-железе легирующие (третьи) элементы, которые не образуют стойких карбидов, а только искажают кристаллическую решетку растворителя, уменьшают работу разрыхления Q и ускоряют процесс диффузии. К числу этих элементов относятся, например, Ni и Со.

Если легирующие элементы образуют карбиды более стойкие, чем карбид железа, то наличие их в твердом растворе в качестве третьего компонента увеличивает работу разрыхления и затрудняет диффузию. Такими элементами являются, например, Мп, Сг, Мо.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-26; Просмотров: 2331; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.019 сек.