Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важных проблем физики твердого тела в настоящее время является исследование кинетики диффузионных фазовых превращений в приповерхностном слое твердого тела в результате взаимодействия с газовой фазой. Актуальность таких исследований продиктована широкими перспективами использования их результатов как в научном, так и в практическом плане.
Эта проблема является всесторонне исследованной для случая постоянства внешних условий (температура, давление газовой фазы). Однако при анализе реальных процессов, условия протекания которых зачастую строго таковыми не являются, применимость законов кинетики превращений в стационарных условиях является спорной, а законы кинетики превращений в нестационарных условиях не исследованы. Поэтому большую ценность представляет получение эффективных уравнений, позволяющих выявлять аналитические зависимости для скорости протекания диффузионных фазовых превращений в изменяющихся внешних условиях.
Работа была выполнена на кафедре высшей математики и физико-математического моделирования Воронежского государственного технического университета в рамках ГБ 96.13 "Математическое моделирование физических процессов в твердых телах и операторные уравнения" и Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и федеральной науки на 1997-2000 годы" № А-0032.
Цель работы. Теоретическое исследование кинетики диффузионных фазовых превращений в изменяющихся внешних условиях (температура, давление газовой фазы).
В соответствии с целью в диссертации были поставлены следующие задачи:
описать кинетику диффузионных фазовых превращений в приповерхностном слое твердого тела в результате взаимодействия с газовой фазой при изменяющихся внешних условиях;
исследовать влияние на кинетику таких превращений геометрических факторов;
рассмотреть особенности кинетики протекания диффузионных
фазовых превращений в условиях ограниченной емкости источника диф-
фузанта.
Няучная новизна. Установлены режимы кинетики диффузионного фазового превращения и последовательность их реализации в условиях монотонного нагрева.
Получено эффективное уравнение, описывающее кинетику диффузионных фазовых превращений в приповерхностном слое материала при взаимодействии с газовой фазой, как при стационарных, так и при нестационарных внешних условиях.
Получены аналитические зависимости, описывающие изменение толщины прослойки новой фазы от температуры и скорости ее изменения.
Установлено, что при монотонном повышении температуры может происходить растворение слоя продукта превращения за счет интенсификации диффузионных процессов в матрице.
Научная и практическая значимость работы. Предложенный в работе подход к анализу кинетики диффузионных фазовых превращений при взаимодействии с газовой фазой в нестационарных условиях и полученная на его основе классификация режимов протекания таких превращений могут служить основой для интерпретации экспериментальных исследований скорости роста и растворения пленок на металлах, а также могут быть использованы для оптимизации процессов химико-термической обработки материалов.
Результаты, полученные в работе, открывают принципиальную возможность определения условий, обеспечивающих заданный закон роста (растворения) пленок на металлах в результате взаимодействия с газовой фазой.
Результаты исследований были использованы для оптимизации процесса диффузионной сварки гитана при определении условий самоочистки его поверхности от окисла (д-р техн. наук, проф. В.В. Пешков, канд. техн. наук, доц. В.Ф. Селиванов, ВГТУ).
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Уравнение кинетики диффузионного фазового превращения на поверхности твердого тела в нестационарных условиях.
-
Закономерности кинетики диффузионного фазового превращения при взаимодействии твердого тела с газовой фазой в условиях монотонного нагрева.
-
Двухстадийность процесса диффузионного фазового превращения в условиях ограниченной емкости источника диффузанта.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и школах: IV Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" (Воронеж, 1996); V Международной конференции "Актуальные проблемы материаловедения в металлургии" (Новокузнецк, 1997); Воронежской школе "Современные проблемы меха-
ники и прикладной математики" (Воронеж, 1998); Воронежской зимней математической школе "Современные методы теории функций и смежные проблемы" (Воронеж, 1999); Втором Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, 1999); ежегодных научных конференциях сотрудников ВГТУ; научных семинарах ВГТУ (Воронеж, 1997-2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ в виде 3 статей и 6 тезисов докладов, перечень которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Автором самостоятельно получены, обработаны и проанализированы все основные результаты, выносимые на защиту. Постановка задач, определение направлений исследований, обсуждение результатов осуществлялись совместно с научным руководителем кандидатом физико-математических наук, доцентом И.Л. Батароновым, доктором технических наук, профессором В.В. Пешковым, кандидатом технических наук, доцентом В.Ф. Селивановым.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав, выводов и списка литературы из 112 наименований.
Работа содержит 121 страницу, включая 15 рисунков. ,
