Введение к работе
Актуальность^ є мы. Среди различных диффузионных процеосов особый интерео предотавляет взаимная диффузия в металлах и сплавах. Она обуславливает целый ряд технологически важных процессов, как например, нанесение защитных покрытий, цинкование, гомогенизация н старчние сплавов. Диффузионные процеооы часто определяют эксплуатационные характеристики материалов. В некоторых олучаях вообще невозможно приготовить материалы обычными металлургическими .методами. Исследования взаимной диффузии в металлах и сплавах совершенствуют существующие представления о 'механизме атомного перемещения в твердых телах. Подобные исследования начались примерно о середины пятидесятых годов. К настоящему временя накоплено такое количество данных по взаимной диффузии в бинарных системах, что наступило время as. систематизации и выявления общих закономерностей с тем, чтобы многочисленные результаты можно было ба использовать на практике в заведомо необходимых и интереог-. ных с точки зрения производства условиях. Пока нет ясного понимания корреляции между диффузионными параметрами и другими термодинамическими .характеристиками сплава. В данной работе предпринята попытка установить такую овязь между параметрами диффузия и температурой плавления сплава. Большое значение имеет также установление овязи диффузионных характеристик о особенностями стро-
ения диаграмм состояния. Распад или появление новой фазы не может происходить, пока не реализованы условия для диффузионного процеооа. Скороогь диффузии является одним из факторов, влияющих на скорость роста новой фазы или на скорооть выделения ее из пересыщенного твердого раствора. С того момента, когда в результате химических превращений образуются твердые продукты реакции, пространственно разделяющие газообразные, жидкие или. твердые исходные вещества, дальнейшее течение процесса может осуществляться
только при проникновении кс шонентов через слой твердых продуктов реакции. Ьто является основанием для предположения о нали -чий глубокой связи между дніі^узионними процессами и строением диаграмм состояния. Ь настоящей работе описан и развит метод по строения и уточнения диаграмм состояния бинарных и трехкомпонен тных систем с помощью даадузнойных слоев, возникающих при взаимной лимузин металлов и сплавов.
В результате исследований создано новое научное направление: Влияние взаимодействия атсмов при контактнсм соединении металлоь и сплавов многокомпонентных систем на физике - химическое поведение элементов, предложен новый подход в интерпретации полученных" из эксперимента двдузионных данных. Определены основные да-<±чузионные параметры для большого количества оинарных и трехком--понентных систем. Экспериментальному изучению взаимной диулузии в трьхкомдонентных системах в работе уделено особое ВНИМаНИе. Сплавы исследованных систем являются основой многих конструкционных'материалов, широко используемых в промышленности.
Работа выполнялась в соответствии с координационным планом АИ Каз ССР по темам: "Получение и изучение деВДьузионных образиоь /номер госрегистрации 76086795/, %изико - механические свойстве, твердых тел" /номер госрегистрации 76Г8В7??/, а также в соответствии с координационным планом АН СССР по теме "Физические и про чностные свойства твердых материалов, "сследование возможности прогнозирования повышения долговечности конструкционных материалов" /номер госрегистрации С186(С5?753/.
Цель раооты состояла в комплексном исследовании закономерностей протекания взаимной диу*узии в бинарных и трехк&.шонентнь'х металлйчеСіШх систешх, и такжГи~слользоЕание-метода~даадузао))---ных слоев для построения л уточнения диаграш состояния в тверде
^аЗНОИ СйЛаСТИ.
ь задачу исследования входило:
статистический анализ экспериментальных данных по исследова -нию взаимной диффузии в металлических системах, применение методов математического моделирования для описания параметров взаимной диффузии в трехкомпонентных системах;
разработка методики определения коэффициентов диффузии в трехкомпонентных многофазных системах и апдробация ее на конкрет -ных системах;
изучение взаимной диффузии в ряде трехкомпонентных металлических систем, как ооразукщих непрерывный ряд твердых растворов, так и многофазных;
изучении кинетики Формирования и роста фаз в многофазных бинарных и трехкомпонентных системах;
выяснение условий применения взаимной диффузии для построения диаграмм состояния бинарных и трехкомпонентных многофазных систем в твердофазной области.
Научная новизна. В диссертационной работе установлены следу-
о юцие закономерности:
показано, что между коэффициентами взаимной диффузии, температурой солидуса и ликвидуса существует непосредственная связь, сформулирован новый подход к описанию процесса взаимной диффузии в бинарных и трехкомпонентных системах;
экспериментально установлены отклонения от прямолинейней зависимости графика натурального логарифма коэффициента взаимной диффузии от обратной температуры;
установлена зависимость энергии активации, Фигурирующей в со -отношении Аррениуса, от температуры диффузионного отжига и температуры солидуса;
развит метод расчета коэффициентов взаимной диффузии в трехко-понентных металлических системах;
впервые в изучаемых бинарных и трехкомпонентных системах получено реальное концентрационное распределение элементов в даущгзионной зоне, что позволило, во-первых, уточнить диаг -раммы состояния этих систем, во-вторых, непосредственно рассчитать основные диффузионные параметры;
экспериментально обоснована возможность использования соотношения Аррениуса для описания температурной зависимости коэф -фициентов взаимной диффузии в случае многокомпонентных систем.
Практическая значимость работы. Результаты исследования взаимной диадузия используются в КазНИИГипроФосФор при изучении устойчивости покрытий и выборе оптимального режима термообработки. Установленные в работе закономерности позволяют прогнозировать д^азообразование и. кинетику роста фаз при длительных временах отжига, учитывать влияние концентрации компонентов на их структуру что может быть использовано, в частности, для разработки оптимальных режимов термической обработки сплавов, получения новых материалов с улучшенными характеристиками. Теоретические оценки ск оростей процессов будут полезны при отработке технологии. Кроме того, метод, примененный в данной работе для определения коэффициентов взаимной диффузии, может быть использован при расчете да Ф<1узионных параметров в многокомпонентных системах, разработки моделей диффузии, учитывающих влияние нескольких элементов.
Статистический анализ результатов исследований взаимной диффузии в бинарных и трехкомпонентных системах и установленные щж этом закономерности позволяют лучше понять природу атомного nept
мещения и, тем самым, способствует развитию ддазико - химической
с» модели взаимодействия атомов в металлах.
Диссертация является обобщением экспериментального материале
полученного автором за 20 лет работы.
Ашгробация работы. Основное содержание работы доложено на X:
Всесоюзном совещании по-жаростойким покрытиям, Тула, 1903 г., УІ Всесоюзном совещании по Физико-химическсму анализу, Киев, 1983 г.,- XI Всесоюзной научной конференции "Диффузионное соеди- нение металлических и неметаллических материалов", Москва, 1984 г., ІІ Всесоюзной научно-технической конференции "Локальные рен-тгено-спсктралшые исследования и их применение", Ижевск 1985 г. на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского колликтива КазлТИ, на заседании кафедры общей химии химическо-го факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, на заседании кафедры физики 'ДМ, на лабораторном семинаре и НТС жШ ЩИИЧЕРМИТ шл.И.П. Бардина.
Публикации. По результатам работы опубликовано'40 статей в различных всесоюзных и республиканских научных журналах и сборни ках.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения а выводов. Список литературы содержит 270 наименований. Обьем работы составляет 304 стр. текста, в том часлэ 70 рисунков и 31 таблицу.