Диффузия металлов – определение, характеризующее процесс переноса вещества. Для твердых тел происходят случайные скачки атомов из узла кристаллической решетки в ближний сектор или на свободное место. Явление характеризуется созданием диффузионного слоя на поверхности и отличается физико-химическими свойствами. Например, атомы двух металлов перемешиваются на границе соприкосновения.
Процесс происходит очень медленно, не требует значительных затрат энергии. Ускорить его можно только под действием высоких температур и других факторов.
Модели диффузии
Явление было описано для газов в середине XIX века Томасом Грэмом. С развитием теории известный британский металлург У. Ч. Робертс-Остен представил на рассмотрение данные для твердых тел. В последующие годы ученые пытались сформировать единую модель для описания диффузии металлов, что это такое — узнаем.
Известные факты на сегодняшний день:
- основным механизмом принято считать вакансионный метод замещения;
- действуют основные уравнения Фика, которые определяют перенос суммарного потока атомов между двумя кристаллическими решетками в единицу времени;
- самодиффузия протекает в металлических соединениях под действием нагрева.
При одновременном действии ударного сжатия, переменного тока и высокой температуры наблюдается аномальное ускорение движения атомов в металле. Были проведены соответствующие испытания, в ходе которых доказано, что скорость диффузии частиц, а также глубина проникновения, увеличивается по сравнению с обычными условиями.
Методы диффузионного насыщения
Диффузионное насыщение металлами производится различными способами. Позволяет повысить прочность, жаростойкость, устойчивость к коррозии, твердость, продлить срок эксплуатации обрабатываемого материала. Процесс может производиться в газообразной среде, порошковой смеси или расплавленном (жидком) металле.
Распространенные виды:
- борирование. Насыщение металлических изделий и сплавов элементом бором, повышает твердость, износоустойчивость, стойкость против коррозии;
- алюмирование. «Нанесение» алюминия для жаростойкости деталей из стали;
- хромирование. Используют для стальных комплектующих, сплавов на основе никеля, меди, ниобия. Требуется при эксплуатации механизмов в агрессивных средах;
- силицирование – насыщение кремнием. Обработанные таким способом детали можно применять в морской воде, соляной, азотной кислотах (химическая, нефтяная промышленность).
Влияние на диффузию металлов и сплавов могут оказывать свойства материала, размеры зерен, условия протекания химического процесса, приложенное воздействие, температурный режим. В случае диффузионных процессов, развивающихся в сварных швах, наблюдаются такие разрушения, как трещины.
Разрабатываются новые теории о природе описываемого явления. В некоторых делается акцент на термодинамических параметрах, в других – рассматривают модели о скачках атомов.
