Что такое диффузия металла

Диффузионные процессы в металле.

Диффузия – перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные данного вещества.

Диффузия, сопровождающаяся изменением концентрации, происходит в сплавах или в металлах с повышенным содержанием примесей и называется диффузией или гетеродиффузией.

Перемещения атомов, не связанных с изменением концентрации в различных объемах, называется самодиффузией.

В основе процесса диффузии в кристаллах лежит атомный механизм, при котором каждый атом совершает ряд перемещений между различными равновесными положениями в кристаллической решетке. Для описания процесса диффузии в твердом кристаллическом теле предложено несколько возможных механизмов:

При циклической диффузии (рис. 1.7, а) совместно перемещаются группы атомов (атомы 1-4). Такая диффузия не требует больших затрат энергии, но маловероятна.

При обменном механизме диффузия (рис. 1.7, б) атомы меняются местами (атомы 1-2).

В металлах и сплавах диффузия преимущественно осуществляется по вакансионному механизму (рис. 1.7, в), при этом происходит замещение вакансий и их перемещений вглубь металла.

При диффузии в металле элементов с малым атомным радиусом (углерод, азот, водород, кислород) происходит диффузии по межузельному механизму (рис. 1.7, г).

Рис. 1.7. Перемещение атомов в кристаллической решетке металлов:

1, 2, 3, 4 – перемещающиеся атомы.

Наиболее легко диффузия протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации).

Скорость диффузииколичество вещества, продиффундировавшего через единицу площади поверхности раздела за единицу времени.

Количество диффундирующего вещества в единицу времени «m», зависит от градиента концентраций «dc/dx» элемента в направлении, нормальном к поверхности раздела и пропорционально коэффициенту диффузии «D» м2/сек:

где dc – концентрация;

dx – расстояние в выбранном направлении.

Знак «минус» указывает, что диффузия (самодиффузия) протекает в направлении от объемов с большей концентрацией к объемам с меньшей концентрацией.

Коэффициент диффузии D– количество вещества, продиффундировавшего через единицу времени при перепаде концентраций, равной единице.

Он зависит то природы сплава, размеров зерна и особенно сильно от температуры.

Температурная зависимость коэффициента диффузии описывается экспоненциальным уравнением:

где Do –множитель, величина которого определяется типом кристаллической решетки;

R – газовая постоянная;

Q – энергия активации диффузии. Энергия активации диффузии характеризует энергию связи атомов в кристаллической решетке и очень сильно влияет на коэффициент диффузии.

Диффузия лежит в основе большинства фундаментальных процессов, протекающих в металлах и сплавах, таких как кристаллизация, фазовые превращения, рекристаллизация, деформация, химико-термическая обработка и других.

Лекция 2. Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации –2 часа

Первичная кристаллизация, степень переохлаждения. Механизм и закономерности кристаллизации металлов. Самопроизвольное (спонтанное) и гетерогенное образование центров кристаллизации. Модифицирование. Влияние размера зерна на свойства металла. Строение металлического слитка. Ликвация дендритная и зональная.

Построение диаграммы состояния двойных сплавов методом термического анализа

Любое вещество может находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном. Переход из одного состояния в другое возможен при условии, если новое состояние является более устойчивым, т.е. обладает наименьшим запасом свободной энергии.

Свободная энергия изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Характер изменения свободной энергии жидкого и твердого состояний с изменением температуры показан на рис. 2.1.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Рис.2.1. Изменение свободной энергии в зависимости от температуры

В соответствии с этой схемой выше температуры ТS вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже ТS – в твердом.

При температуре равной ТS жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго.

Температура ТSравновесная или теоретическая температура кристаллизации.

Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры ТS.

Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации.

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения( Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла):

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения).

Рассмотрим переход металла из жидкого состояния в твердое.

При нагреве всех кристаллических тел наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же граница существует при переходе из жидкого состояния в твердое.

Первичная кристаллизация– это процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис. 2.2

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Рис.2.2. Кривая охлаждения чистого металла

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла– теоретическая температура кристаллизации;

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла. – фактическая температура кристаллизации.

Процесс кристаллизации чистого металла:

До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии.

Источник

Диффузия в металлах

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Диффузия в металлах

Развитие диффузионного процесса приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимается слой частичного материала на насыщенной поверхности, отличающийся от исходного по химическому составу, структуре и свойствам. Диффузионное движение любого атома является случайным блужданием из-за большой амплитуды вибрации, которая не зависит ни от движения других атомов, ни от предыдущего движения этого атома. Температурно-независимая вибрация атомов вокруг положения равновесия обычно происходит

с частотой 10 секунд-задача определения диффузионного механизма достаточно сложна. Людмила Фирмаль

Важную роль в решении этой задачи играет тот факт, что в процессе диффузионного движения атомов проявляется огромное влияние дефектов решетки, особенно вакансий J. I. наиболее сложным, разыгрываемым исследованием Френкеля, является простой обменно-диффузионный механизм, причем наиболее вероятным является вакансия. Каждый диффузионный механизм обладает определенной энергией активации Q, то есть энергетическим барьером, который должен быть преодолен атомом при переходе из одного положения в другое.

Смещение в механизме диффузии Краудиона подобно распространению волны, где каждый атом смещен в небольших количествах, и возмущение распространяется быстро. Для диффузии большое значение имеют вакансии и их ассоциации (двухосновные, вакансионно-атомно-примесные комплексы), а также дефекты их происхождения (линейные и поверхностные). Основным механизмом самодиффузии и диффузии в твердых-замещенных решений вакансии. В твердых растворах основным механизмом миграции примесных атомов малого размера являются интерстициальные атомы.

Тангенциально обеспечивают высокую поверхностную твердость, износостойкость, повышают коррозионную стойкость и термостойкость. Борнокислотная сталь обладает высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот. Тангенциально применяется для чугунных и стальных деталей, работающих при трении в агрессивных средах (в химической промышленности). Хромирование-диффузионное насыщение хрома может быть достигнуто смешиванием аммонийного хрома (1%) и оксида алюминия (49%) при 1000 ° С в порошковых смесях хрома или феррохрома.. Выдержка при температуре 1050°C 6…12ч. хромирование применяется

для деталей, работающих на пару и изнашиваемых в агрессивных средах (вентили, клапаны). Людмила Фирмаль

Если хромировать изделия из низкоуглеродистой стали, то твердость возрастет и приобретет хорошую коррозионную стойкость. Выравнивание-это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием, который осуществляется в порошковых смесях алюминия или расплавленного алюминия. Его назначение-получение высокой термостойкости поверхности стальных деталей. Алиитизация проводится в твердых и жидких средах. Силицирование и диффузионное насыщение кремния проводили в газовой атмосфере. Кремни-насыщенный слой стальных частей имеет очень высокую твердость, высокую коррозионную устойчивость и увеличенную износостойкость морской воды, азота, хлористого водорода и серной кислоты.

Силицированные детали используются в химической, целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленности. Для повышения термостойкости силицирование применяют в изделиях из сплавов на основе молибдена и вольфрама, обладающих высокой термостойкостью. В материаловедении развита теория диффузии макро-и микроэлементов. В макроскопической теории акцент делается на формализме, то есть на термодинамических силах и параметрах. Микроскопическая теория использует механизм, основанный на теории атомных скачков.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

6. Диффузия в металлах

6. Диффузия в металлах

Диффузия – это перенос вещества, обусловленный беспорядочным тепловым движением диффундирующих частиц. При диффузии газа его молекулы меняют направление движения при столкновении с другими молекулами Основными типами движения при диффузии в твердых телах являются случайные периодические скачки атомов из узла кристаллической решетки в соседний узел или вакансию.

Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, структуре и свойствам.

Диффузионное движение любого атома – это случайное блуждание из-за большой амплитуды колебаний, которое не зависит ни от движения других атомов, ни от предыдущего движения данного атома. Не зависящие от температуры колебания атомов вокруг положения равновесия обычно происходят с частотой

Вопрос определения механизма диффузии является весьма сложным. Большую роль в решении этой проблемы сыграли работы Я.И. Френкеля, в которых показано огромное влияние дефектов кристаллической решетки, в особенности вакансий, на процесс диффузионного перемещения атомов. Наиболее затруднительным является простой обменный механизм диффузии, а наиболее вероятным – вакансионный. Каждому механизму диффузии соответствует определенная энергия активации Q, т. е. величина энергетического барьера, который необходимо преодолеть атому при переходе из одного положения в другое.

Перемещение при краудионном механизме диффузии подобно распространению волны: каждый атом смещается на малую величину, а возмущение распространяется быстро. Для диффузии большое значение имеют вакансии и их ассоциации (бивакансии, комплексы вакансия – атом примеси), а также дефекты, являющиеся их источниками (линейные и поверхностные).

Основным механизмом самодиффузии и диффузии в твердых растворах замещения является вакансионный. В твердых растворах внедрения основным механизмом перемещения примесных атомов небольшого размера является межузельный.

Диффузионная металлизация – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий металлами или металлоидами. Диффузионное насыщение проводят в порошкообразной смеси, газовой среде или расплавленном металле (если металл имеет низкую температуру плавления).

Борирование – диффузионное насыщение поверхности металлов и сплавов бором для повышения твердости, коррозионной стойкости, износостойкости проводят путем электролиза в расплавленной соли бора. Борирование обеспечивает особенно высокую твердость поверхности, сопротивление износу, повышает коррозионную стойкость и теплостойкость. Борированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот. Борирование применяют для чугунных и стальных деталей, работающих в условиях трения в агрессивной среде (в химическом машиностроении).

Хромирование – диффузионное насыщение хромом проводят в порошкообразных смесях хрома или феррохрома с добавками хромистого аммония (1 %) и окиси алюминия (49 %) при температуре 1000…1050 °C с выдержкой 6…12 ч. Хромирование применяют для деталей, которые работают на износ в пароводяных и агрессивных средах (арматура, вентили). При хромировании изделий из малоуглеродистых сталей твердость повышается и приобретается хорошая коррозионная стойкость.

Алитирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием, проводят в порошкообразных смесях алюминия или в расплавленном алюминии. Цель – получение высокой жаростойкости поверхности стальных деталей. Алитирование проводят в твердых и жидких средах.

Силицирование – диффузионное насыщение кремнием проводят в газовой атмосфере. Насыщенный кремнием слой стальной детали имеет не очень высокую твердость, но высокую коррозионную стойкость и повышенную износостойкость в морской воде, азотной, соляной в серной кислотах. Силицированные детали применяют в химической, целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленности. Для повышения жаростойкости силицирование применяют для изделий из сплавов на основе молибдена и вольфрама, обладающих высокой жаропрочностью.

В материаловедении разрабатываются макро– и микроскопические теории диффузии. В макроскопической теории делается акцент на формализме, т. е. на термодинамических силах и параметрах. В микроскопической теории используют механизмы, основанные на теории об атомных скачках.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Источник

Диффузия в металлах

Доклад по физике 7 класс

Кроме броуновского движения, опытным доказательством того, что тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном беспорядочном движении, является диффузия.

Запах духов, как известно, ощущается на довольно большом расстоянии. Объясняется это тем, что пары духов легко диффундируют в воздухе. Капли жидкого красителя в воде легко диффундируют по всему сосуду. Намного труднее наблюдать диффузию в твердом теле. По этой причине изучение диффузии в твердых телах стало одним из наиболее интересных исследований в физике наших дней.

Как и во многих других областях человеческой деятельности, в данном случае умение предшествовало знанию. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896 г. началось научное изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Робертс-Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 о С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил количество золота, которое продиффундировало в каждый срез свинца.

Оказалось, что к «чистому» концу через весь цилиндр прошло вполне измеримое количество золота; в противоположном направлении в глубь золотого диска продиффундировал свинец.

Робертс-Аустин обнаружил, что нагретый металл диффундирует в другой, когда они тесно прижаты друг к другу. С точки зрения атомного строения вещества проницаемость твердых тел не является странной. В настоящее время мы хорошо представляем себе, что даже наиболее твердое тело — всего довольно слабо связанный набор атомов. В кристаллах, образующих металл, атомы располагаются в определенных положениях, из которых их довольно трудно сместить. Такое расположение атомов в кристаллах называют кристаллической решеткой. Однако идеальных и полностью застроенных решеток не существует. В них всегда имеется некоторое количество пустых мест — вакансий, или дырок, в которые могут перепрыгнуть диффундирующие атомы. Перепрыгнув в некую вакансию, атом оставляет после себя новую вакансию. В нее может перейти соседний атом; итак, путем непрерывных перемещений атомов в решетке атом может пройти через кристалл.

Что же заставляет атом покидать свое место в решетке и «перескакивать» в вакансию? Дело в том, что атомы непрерывно колеблются относительно некоторого среднего положения. Время от времени они настолько далеко отходят от своего положения равновесия, что могут перескочить в соседнее вакантное место. Возможность этого, безусловно, резко возрастает, если тело подогревают, заставляя тем самым атомы совершать более сильные колебания.

В эксперименте Робертса-Аустина атомы золота при 200 о С колебались достаточно быстро. чтобы начать перескакивать в вакансии решетки (то же имело место и для атомов свинца). В конце концов, если бы эксперимент продолжался очень долго, атомы золота равномерно распределились бы по всему свинцовому цилиндру.

Металл может диффундировать в другой металл лишь при наличии вакансий в кристаллических решетках, поскольку атомы даже двух разных металлов имеют размеры примерно одного и того же порядка. Однако атомы неметаллического элемента, размеры которых много меньше, чем размеры атомов металла, могут «втиснуться» между атомами в металлическом кристалле. При этом диффузия не зависит от вакансий, и, следовательно, происходит намного быстрее. Одним из наиболее важных примеров такого случая может служить диффузия углерода в железе.

В своей наипростейшей форме сталь является сплавом углерода и железа. Свойства стали меняются в зависимости от содержания в сплаве углерода.

Сталь с небольшим содержанием углерода (например, около 0,25%) не очень прочна и хорошо куется. Повышение содержания углерода делает сталь более прочной, но более хрупкой. Такая деталь машины, как передаточный механизм, должна обладать твердой поверхностью, чтобы сопротивляться износу, и быть достаточно упругой в своих внутренних частях, чтобы не сломаться при внезапных ударах. Эти свойства приобретаются в следующем процессе. Кусок металла разогревается и выдерживается в газе, богатом углеродом, например в метане. Атомы углерода из газа немедленно диффундируют в сталь. Через несколько часов они проникают на глубину около одной двенадцатой дюйма (примерно на 2 мм). Поверхность или «оболочка» этого куска стали после такой обработки содержит около 1,2% углерода, тогда как внутренняя его часть содержит всего лишь 0,25% углерода.

Источник

9.5. Диффузионная металлизация

Диффузионной металлизацией принято называть метод обработки сталей либо других металлов и сплавов, при которой поверхностный слой изменяется внедрением молекул других элементов. Все это происходит при очень высоких температурах в специальной среде. Результатом такой обработки является физическое укрепление слоя, а также повышение его жаростойкости, увеличение сопротивляемости процессу коррозии – поверхность менее изнашивается во время эксплуатации.

В отличие от нитроцементации и цианирования, где атомы углерода с азотом непосредственно внедряются в кристаллическую решетку стали, диффузионная металлизация предполагает более сложный процесс, когда атомы других элементов образуют со сталью так называемые растворы замещения, поэтому такой процесс длительный и требует применение более высоких температур, превышающих 1000 градусов по Цельсию.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Описание технологии и ее назначение

Метод диффузионной металлизации позволяет получить обработанную толщину слоя стали от 10 микрон до 3 миллиметров. Вне зависимости от того, каким металлом насыщают поверхностный слой носителя, технология получения имеет несколько сходных этапов:

Чтобы заготовка имела хороший вид (особенно это касается металлизации декоративных элементов), ее следует подвергнуть дополнительной обработке методом механической полировки.

Методы насыщения[ | ]

Твёрдая диффузионная металлизация[ | ]

Металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или Cl2 образуются летучие соединения хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4 и так далее), которое в результате контакта с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная металлизация[ | ]

Данный вид металлизации проводят погружением детали в расплавленный металл, если диффундирующий металл имеет низкую температуру плавления.

Газовая диффузионная металлизация[ | ]

Проводят в газовых средах, состоящих из галогенных соединений диффундирующего элемента. Газовая диффузионная металлизация осуществляется в муфельных печах или в печах специальной конструкции при 700…1000 °С. Газовая фаза может генерироваться на расстоянии от поверхности насыщения (бесконтактный способ), или же в зоне контакта источника активной фазы с поверхностью металла (контактный способ).

Виды диффузионной металлизации

Классификацию видов диффузионной металлизации можно провести по нескольким признакам. В первую очередь по типу металла, который будет посредством диффузии проникать внутрь поверхностного слоя. Здесь выделяют:

По состоянию среды, где протекает обработка металла диффузионным способом, металлизация проводится:

Твердая металлизация

Этот тип металлизации проводят посредством использования активной твердой среды на основе ферросплавов. Под эту категорию подпадают ферросилиций, ферроалюминий, феррохром (перечисленные компоненты вводят в рабочую область как порошки), плюс к ним еще добавляют аммоний хлористый (NH4Cl), не превышающий 5% от общей массы твердого компонента. Засыпанные порошком детали помещают внутрь специальной печи. Насыщение в твердой среде проводят для стали, кобальта, никеля, титана и других металлов при температуре от 1000 до 1500 градусов по Цельсию.
При повышении температуры до рабочего уровня аммоний хлористый начинает вступать в реакцию с ферросплавом, результатом чего является выделение нестойких термических хлоридов металла CrCI2, AlCI3, SiCI4 и других. Эти хлориды, соприкасаясь со стальной поверхностью, начинают диссоциировать. Выделяется химически активный элемент, который проникает в поверхностный слой изделия, насыщая его.

Жидкая металлизация

Диффузионное насыщение в жидкой среде применяют, когда необходимо провести цинкование, хромирование, меднение, алитирование. Для этого используют так называемые ванны-печи, куда помещен расплав, который будет диффундировать, либо соль этого металла. Необходимые для обработки детали помещают в эту жидкую среду при температуре от 800 до 1300 градусов по Цельсию.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Жидким методом можно осуществить диффузионную металлизацию одновременно несколькими элементами. При комплексной металлизации получают такие типы покрытия, как хромоникелирование, хромоалитирование, хромотитанирование.

Газовая металлизация

Диффузию газовой средой проводят для стали и других металлов такими элементами, как молибден, хром, алюминий, титан, ниобий, вольфрам. Химические газообразные соединения этих элементов при соприкосновении с основным металлом вступают с ним в реакцию, и результатом этого является диффузия. Газовой средой обычно выступают галогениды металлов, атомы которых должны проникнуть внутрь поверхностного слоя металлического изделия.
Металлизацию газовую проводят в печах муфельного типа или в специализированной конструкции, где поддерживается температура порядка 700–1000 градусов по Цельсию.

Процесс диффузионной металлизации сопряжен с опасными для здоровья факторами, поэтому следует придерживаться правил техники безопасности и применять средства индивидуальной защиты.

Диффузионная металлизация деталей судна

Диффузионная металлизация — насыщение поверхностного слоя детали каким-либо элементом для придания поверхности определенных свойств. Наиболее распространены следующие виды диффузионной металлизации:

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла
Контейнеровоз Alasa Источник: www.shipspotting.com
Насыщение производят на глубину 0,3—0,9 мм, выдерживая нагретую деталь (в среднем до температуры 500— 600°С) в соответствующей среде в течение определенного времени (нескольких часов).

В последнее время применяют комплексные термохимические методы обработки деталей:

Такие покрытия обладают большой поверхностной твердостью и высокой износостойкостью.

Появились новые способы термохимической обработки:

Первые способы основаны на наибольшей активности газа, которая проявляется в ионизированном состоянии, — ионное азотирование, ионное цементирование и т. д. Ионную термохимическую обработку производят в герметически закрытой камере в атмосфере тлеющего дугового или искрового разряда.

Суть ионных способов можно проследить, например, на ионном азотировании. Деталь помещают в камеру, из которой откачивают воздух. Камеру заполняют газообразным аммиаком и производят электрический разряд. В данном случае электроды являются анодом, а деталь — катодом. Аммиак диссоциирует, распадаясь на ионы азота и водорода. Электрическое поле разгоняет их, ионы начинают бомбардировать поверхность деталиМетоды упрочнения и повышения долговечности деталей, и азот быстро насыщает поверхностные слои.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла
Контейнеровоз Aurora, Северное море Источник: www.shipspotting.com

При втором способе деталь покрывают энерговыделяющей пастой, которую поджигают. При горении пасты поверхность детали сильно разогревается (до 600—800°С), а датирующие элементы, содержащиеся в пасте, проникают в верхние слои детали. Через 2—3 мин обгоревшую деталь погружают в воду для охлаждения.

С помощью энерговыделяющих веществ в судовых условиях можно производить:

Плюсы и минусы диффузионного насыщения металлов

Применяя диффузионную металлизацию, в поверхностный слой металлического изделия можно внедрить практически любой диффундирующий элемент – это следует отнести к положительным аспектам метода.

Что такое диффузия металла. Смотреть фото Что такое диффузия металла. Смотреть картинку Что такое диффузия металла. Картинка про Что такое диффузия металла. Фото Что такое диффузия металла

Отрицательные же аспекты, которые не позволяют широко использовать такую обработку на предприятиях, следующие:

Уважаемые посетители сайта, кто знает о методе диффузионной металлизации либо применял этот метод на практике, поделитесь своими знаниями в комментариях. Опыт всегда лучше, чем теория!

Виды диффузионного насыщения металлами[ | ]

Наиболее распространёнными видами диффузионного насыщения металлами являются:

Недостатки диффузионного насыщения металлов[ | ]

Диффузия хрома, алюминия и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы – растворы замещения. При одинаковых температурных и временных условиях диффузионные слои при металлизации в десятки, а то и в сотни раз более тонкие, чем при цементации. Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионного насыщения в промышленности, так как процесс является дорогостоящим, и его проводят при высоких температурах (1000–1200 °C) длительное время. Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловили некоторое их применение в промышленности.

Достоинства диффузионного насыщения металлов[ | ]

Поверхность диффузионно-металлизированной детали обладает высокой жаростойкостью, поэтому жаростойкие изделия изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием и силицированием. Исключительно высокой твёрдостью (до HV 2000) и высоким сопротивлением абразивному износу обладают борированные слои, вследствие образования на поверхности высокотвёрдых боридов железа – FeB и Fe2B; однако борированные слои очень хрупкие. Сульфидирование – поверхностное насыщение стали серой. Для режущего инструмента стойкость повышается в 2–3 раза.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *