1. Що таке дифузія в металах і сплавах? Який вплив дифузії на властивості? Наведіть приклади
Дифузія - рух частинок середовища, що веде до необоротного перенесенню речовини або до встановлення рівноважного розподілу концентрацій часток даного сорту в середовищі. В якості диффундирующих частинок розглядають молекули, атоми, електрони провідності, дірки, нейтрони та інші частинки. Дифузія в твердих речовинах призводить до переносу атомів на відстані, що перевищують міжатомні відстані для даної речовини.
Окремим випадком дифузії в чистій речовині або розчині постійного складу, при якому дифундують власні частинки речовини, а його хімічний склад не змінюється, є самодифузія. При самодифузії дифузійні переміщення часток твердої речовини можуть призводити до зміни його форми та іншим явищам. Так, тривалий вплив сил поверхневого натягу, тяжкості, пружних, електричних та ін. Може призвести до зрощення двох пришліфованих поверхонь зразків одного і того ж речовини, спеканию порошків, розтягуванню зразків під дією підвішеного до них вантажу (дифузійна повзучість матеріалів) і т.д.
У відсутність макроскопічного руху середовища дифузія молекул (атомів) визначається їх тепловим рухом. При наявності в середовищі стаціонарних перепадів температури, електричних полів і т.п. дифузія призводить до встановлення рівноважного розподілу концентрацій, характеризуемого відповідними градієнтами (термодифузія, електродифузія і т.п.). У однорідної системі (газ, рідина) при молекулярної дифузії в відсутність зовнішніх впливів дифузійний потік (потік маси) пропорційний градієнту його концентрації. Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом дифузії. Останній залежить від будови і структури взаємодіючих речовин і особливо сильно - від температури.
У твердих кристалічних речовинах розрізняють наступні види дифузії: за механізмом протікання, по геометричному місцю переносу атомів, за місцем поглинання атомів і за природою процесу.
Рис. 1. Схеми механізмів протікання дифузії:
а - межузельний; б - вакансійні; в-обмінний; г - циклічний
Механізм перебігу дифузії може бути межузел'ним, вакансійні, обмінним і циклічним (рис. 1). Реалізація того чи іншого механізму протікання дифузії визначається кристалічною будовою речовини і типом дефектів його кристалічної решітки. Так, доведено, що основним механізмом дифузії домішкових атомів в твердих розчинах заміщення є вакансійні, а в твердих розчинах впровадження - межузельний.
За геометричному місцю переносу атомів виділяють об'ємну, поверхневу (із зовнішнього середовища) і граничну (по межах зерен) дифузії. Для здійснення елементарного акту дифузії атом повинен подолати енергетичний бар'єр. Найбільш легко дифузія протікає по поверхні і межах зерен, де зосереджені дефекти кристалічної будови (вакансії, дислокації та ін.). Об'ємна дифузія в твердих речовинах обумовлена ??перескоками атомів з одного положення в інше, відносно вільне.
Поверхнева дифузія пов'язана з перенесенням речовини або на поверхню матеріалу із зовнішнього середовища, або з поверхні матеріалу в зовнішнє середовище, або на поверхню матеріалу з його обсягу, або ж вглиб матеріалу з його поверхні (сорбційні процеси).
Сорбція - поглинання твердим тілом або рідиною певної речовини з навколишнього середовища. Поглинаюче тіло називається сорбентом, що поглинається - сорбтівом (сорбатом).
За місцем поглинання атомів розрізняють поверхню і об'єм. При цьому сорбційні процеси, що протікають на поверхні, називаються адсорбцією, а в обсязі - абсорбцією. Сорбційні процеси вибагливі і оборотні. Зворотний процес виділення поглиненого компонента називається десорбцією.
Адсорбція - поглинання речовини з газової або рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) або рідини.
Абсорбція - поглинання якої-небудь речовини з навколишнього середовища всією масою поглинаючого тіла (абсорбенту). Абсорбція рідким абсорбентом якого-небудь компонента з газової суміші називається розчиненням, з рідкої суміші - екстракцією.
Природу дифузії за характером сорбційних процесів розглядають як фізичну, якщо речовина при сорбційних процесах зберігає всі свої властивості, або хімічну (хемосорбция), якщо речовина в цих процесах вступає в реакції. При фізичній природі сорбційні процеси обумовлені вандерваальсовимі силами тяжіння частинок навколишнього середовища до частинок речовини.
Дифузійні процеси лежать в основі кристалізації і рекристалізації, фазових перетворень і насичення поверхні сплавів іншими елементами. З процесом дифузії пов'язані структурні зміни в матеріалах, які можуть погіршувати їх фізичні і механічні в...
