книги из ГПНТБ / Процессы взаимной диффузии в сплавах

ОГЛАВЛЕНИЕ

Гл а в а III. Методы экспериментального исследования взаимной диф­ фузии

§3. Специфика применения метода электроинозондового рентгено­ спектрального микроанализа к исследованию взаимной диффузии 132

§4. О факторах, влияющих на взаимную диффузию

Гл а в а VI. Экспериментальные результаты по взаимной диффузии в

П Р Е Д И С Л О В ИЕ

Процессы диффузии в металлах и металлических системах играют очень существенную роль в технологии их изготовления и термообработки и определяют многие технические свойства этих материалов. Достаточно напомнить, что диффузионные процессы имеют место при росте кристаллов из расплавов, при фазовых превращениях, расслоениях твердых растворов, крипе, рекристаллизации и др. Степень интенсивности диффузионных процессов при высоких температурах определяет жаропрочные свойства материалов. Из всех диффузионных процессов особый интерес представляют процессы взаимной диффузии, являющие­ ся основными в бинарных п многокомпонентных системах при наличии пространственной неоднородности их химического со­ става. О практическом значении изучения особенностей этого процесса говорит хотя бы то обстоятельство, что он лежит в основе таких важных технологических процессов, как сварка, нанесение защитных покрытий на поверхности материалов, го­ могенизация сплавов и др.; он определяет также процесс старе­ ния сплавов.

Первое исследование по диффузии в металлах было выпол­ нено в 1896 г. [ I ] . К настоящему времени опубликовано колос­ сальное число работ по теоретическому и экспериментальному исследованию диффузии в металлических системах (и вообще в твердых телах). Результаты этих исследований обобщены б ряде хорошо известных монографий и обзоров [2—13, 243, 280]. Однако вопросы взаимной диффузии в них освещены весьма кратко.

Отсутствие до последнего времени систематизированных исследований взаимной диффузии было связано с двумя специ­ фическими особенностями этих процессов. Во-первых, процесс взаимной диффузии в первую очередь определяется градиента­ ми химических потенциалов компонентов, составляющих систе­ му (а не градиентом концентраций). Поэтому строгая феноме­ нологическая теория может быть построена только в рамках термодинамики необратимых процессов, которая существенное развитие получила в последние два десятилетия.

усложнению наблюдаемого на опыте перераспределения веще­ ства (эффект Киркендалла [14]). Общая феноменологическая теория эффекта Керкендалла для бинарных систем в основном была построена Даркеном [15]. Для определения по этой тео­ рии диффузионных параметров системы существенно точное знание концентрационных кривых (распределения состава) в диффузионном слое. До 50-х годов получение таких кривых пред­ ставляло весьма сложную задачу, что резко ограничивало мас­ штаб экспериментальных исследований по взаимной диффузии. Только в конце 50-х годов, когда была разработана принци­ пиально новая экспериментальная техника и методика исследо­ ваний,— локальный рентгеноспектральный анализ состава в микрообъемах вещества [16—18] —начался бурный рост экспе­ риментальных исследований. Одновременно решались методиче­ ские задачи разработки усовершенствованных методов расчета диффузионных параметров по данным, получаемым с помощью новой техники. Широкий размах экспериментальных исследова­ ний стимулировал дальнейшее развитие теории. Была уточнена теория Даркена [19], параллельно началось развитие микро­ скопической теории [19—21].

Настоящая монография целиком посвящена проблеме изуче­ ния взаимной диффузии в сплавах. В ней подробно изложены феноменологическая и микроскопическая теории взаимной диф­ фузии, техника и методика эксперимента, методы расчета диф­ фузионных параметров и систематизированы экспериментальные данные. Монография не претендует на исчерпывающую полноту. Авторы много лет занимаются проблемой изучения взаимной диффузии и, естественно, их подход к проблеме и к интерпрета­ ции опытных данных наложил отпечаток на характер изложе­ ния. В основном материал построен на основе работ [22—24]. Теоретические вопросы рассмотрены в рамках развиваемых представлений. По этой причине в книге не освещена очень интересная работа Ле-Клера [25], в которой предложен особый подход к описанию взаимной диффузии. В микроскопической теории изложение по своим представлениям близко к принято­ му в монографии [20].

При изложении экспериментальных результатов авторы огра­ ничились только бинарными системами, так как изучение вза­ имной диффузии в многокомпонентных системах по существу только начинается. Для бинарных систем авторы стремились дать систематизированную и критически проанализированную сводку результатов опытных данных.

чтение монографии в рукописи и ряд ценных замечаний. Авто­ ры благодарны также Н. Н. Марковой и Г. С. Бировой за боль­ шую помощь в подготовке рукописи монографии к изданию.

Авторы

Гл а в a I

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ВЗАИМНОЙ ДИФФУЗИИ

§I . Общие положения феноменологической теории

Внастоящей монографии излагается теория процессов вза­ имной диффузии. Однако для строгого изложения необходимо предварительно напомнить некоторые общие представления,

служащие основой для построения теории взаимной диффузии. С точки зрения теории процессом диффузии называется в принципе наблюдаемый процесс перераспределения вещества в пространстве и во времени в результате тепловой миграции

атомов.

Такое определение указывает, что процесс диффузии есть макропроцесс и, следовательно, должен описываться уравнения­ ми макроскопической физики. Однако из того же определения следует, что основой процесса является тепловая миграция ато­ мов. Эту тепловую направленную миграцию атомов прихаотиче­ ском тепловом движении можно назвать диффузионной подвиж­ ностью атомов. Таким образом, следует различать понятие про­ цесса диффузии как явления макроскопического масштаба и понятие диффузионной подвижности, характеризующей микро­ скопические (молекулярно-кинетические) свойства среды.

Основным макроскопическим уравнением, определяющим пе­ рераспределение вещества в пространстве и во времени, являет­ ся гидродинамическое уравнение непрерывности среды

плотность потока вещества в момент времени t в точке с радиу­ сом-вектором г, причем переменные t и г понимаются в «гидро­ динамическом смысле».

Необходимо пояснить, что под этим понимается.

В молекулярно-кинетической теории макроскопические величи­ ны получаются усреднением соответствующих микроскопических