Файл: Бокштейн, С. З. Диффузия и структура металлов.pdf

Т а б л и ц а 9

Энергия активации самодиффузии

и диффузии

по границам

и в объеме зерна в различных

металлах

Диффун­

Раствори­

Тип решетки

« о б -

дирующий

тель

растворителя

кдж/г-атом

кдж/г-атом

элемент

{ккал/г-атом)

[ккал/г-атом)

Ag

Ag

Г. Ц. К.

86 (20,5)

190 (45,5)

0,45

Ni

Ni

»

108,7(26,0)

279(66,8)

0,39

Fe

Fe

»

128 (30,6)

282 (67,5)

0,45

Со

Cu

»

92 (22,0)

231 (55,2)

0,40

Cd

Cu

»

48,5(11,6)

138,2 (33,1)

0,35

Sn

Sn

Тетрагональ­

ная

40,0

(9,55)

95,5

(22,8)

0,42

Co

Co

Г. ц. к.

163,0 (39,0)

268 (64,0)

0,61

Cr

Cr

О. ц. к.

192,0 (46,0)

318(76,0)

0,60

Fe

a-Fe

»

140,7(33,7)

251 (60,0)

0,56

Co

a-Fe

»

196,0(47,0)

268 (64,0)

0,73

W

Mo

»

322 (77,0)

473(112,9)

0,68

отношение

увеличивается с повышением

температуры

плавления

растворителя.

Следует

отметить, что отсутствие строгой

общеприня­

той модели

границ зерен, с одной стороны, и

применение

рые результаты, полученные при раздельном

измерении

Д-р и D0Q при самодиффузии и гетеродиффузин.

Изучали [136] самодиффузию в железе

в а- и у-со:

дается

преимущественно

диффузия по

границам

зерна,

поэтому

границу и тело

зерна фотометрировали

незави­

симо.

В табл . 10 приведены значения коэффициентов диф­

фузии,

рассчитанные

различными

методами: при усло­

вии, когда взаимодействие

границы и

объема зерна

не

учитывается

(по методу

Фишера

[57])

и по методам

из

работ [144, 145].

Д л я

диффузии в объеме зерна полученные

данные,

независимо

от метода

расчета,

совпадают

достаточно

хорошо. Значения D r p

сильно

различаются;

расчет

без

Т а б л и ц а 10

Влияние температуры на коэффициенты самодиффузии

внутри и по границам зерна железа Г139]

Без учета отсоса

Измерение* по методу

Темпера­

с границ в объем

тура, °С

D

, -10'»

D

гр

-Ю"

[57]

[144]

[145]

об

800

3,0

1,0

3,0/10

3,0/12

3,0/1,0

1000

1,4

1,5

1,4/7,0

1,5/8,5

1,6/0,75

1100

5,5

3,0

5,5/2,6

6,0/31,0

6,5/3,1

1200

43,0

6,0

43,0/125

57/70,0

51,0/4,5

учета отсоса

с границ в объем

естественно дает

зани­

женные значения Д-р. Отношение огр/^об

с.повышением

температуры

понижается с 1,2-104 (при

1000°С)

до

2,5-103 (при 1200°С).

Энергии

активации самодиффузии ^ - железа (1000—

1200°С) в объеме и по границам

зерна

соответственно

равны 64000

и 30600 кал/г-атом.

Qr p/Qo6 = 0,48. Соответ­

глубина

диффузии

во всех

случаях

была

меньше

вели­

чины зерна.

Так, например,

при 800°С,

125

ч

глубина

диффузии

в

объеме

и

по

границам

составляла

30 и

100 мкм,

а

средний

размер

зерна

250 мкм.

С

повышени­

ем температуры разница в глубине

диффузии

п а д а л а :

330% при 800 и 25%

при 1200°С.

Б ы л а исследована

[195]

самодиффузия

ж е л е з а в

у- и а-состояниях в объеме и по границам

зерна. Наибо ­

лее вероятные

значения

дл я

^ - железа: А > б = 0 , 7 ехр

(—68,2/ЯГ);

а - железа:

£>Об =

0,5

ехр

(—57,2/RT)

(фер­

ромагнитное

состояние)

и £ > 0 б = 1 , 6 ехр

(—57,2/RT)

(па­

рамагнитное

состояние).

Температурная

зависимость

коэффициента

межкристаллитной

диффузии в обеих мо­

дификациях

описывалась

одним

соотношением:"

ô D r p =

5,4 • Ю - 8 ехр (— 3 7 / і ? Т )

(о — толщина

границы

зерна).

4* Зак. 618

99

тодикой, данной

в работе

[145] (табл.

11).

Т а б л и ц а 11

Влияние температуры на коэффициенты самоднффузии хрома

внутри и по границам зерна

Без учета отсоса с границы

С учетом отсоса с границ

[по

145]

Температура

D гр • 10*

D гр • 10"

диффузии, °С

D г • 10"

об

смг/сск

смЧсек

1100

0,8

0,7

1.0

0,42

1200

4,7

2,2

5,3

1,1

1350

23

5,0

33,0

3,3

Д а ж е при

1350°С

скорость диффузии

по границам,

по крайней мере, на порядок больше, чем

внутри зерна.

Значения

энергий

активации процесса

самодиффузии

температурной

зависимости,

равны

соответственно

318

и

192

кдж/г-атом

(76

и 46

ккал/г-атом);

Qrp/Qo6 = 0,6.

К а к

указывалось ранее,

согласно

[121],

отношение

коэффициентов

самодиффузин

серебра

Dr p/Z)o G ~ 105

(500°С,

расчет

по Фишеру),

a

Q i P / Q O 6 = 0,45.

Качественно

аналогично

влияют

границы

зерен и

при

гетеродиффузип.

Н и ж е приведены данные по коэффициентам

диффу­

зии

D, см2-сек~1,

вольфрама в молибдене в объеме Z)06

и по

границам

Д . р зерна [80]

(расчет

D r

p осуществлен

методом

авторадиографии

с

использованием

приближе ­

ния Фишера) :

1750°С

І850СС

[1900°С

DO6

2,0 - 10 - 1 2

8.9-10-1 2

1,6-10—11

DRP

5,4-10—9 1,3-10—8 2,0-10—8

Скорость диффузии по границам зерна примерно на

три

порядка

больше, чем в объеме.

Отношения

Drp/ооб-Ю3 соответственно

равны: 2,7;

1,5

и 1,2.

Однако

с повышением

температуры

отношение

это

уменьша-

ется вследствие более высоких значений энергии

актива­

ции диффузии в объеме, чем по границам

зерна.

При исследовании диффузии

никеля

в бикристалле

меди

[149] в интервале 650—925°С получили Drp/Do5

=

10+ -г

105 (авторадиография, расчет

по Ф и ш е р у ) .

Д и ф ф у з и я олова в никеле была

количественно иссле­

дована методом авторадиографии

в интервале

темпера­

вые раздельно д л я границ

и середины зерна.

Приведенные

значения

коэффициентов

диффузии

Д-р рассчитаны

без учета

э ф ф е к т а

отсоса

и,

следова­

тельно, занижены . Отношение Drp/D06

д л я

700,

800,

900,

1000 и 1Г00°іС 'без учета отсоса

составляет

соответст­

венно

70, ііб, 10,

2 и 1,4, с учетом отсоса /Лр/А>б=1>7-

• 103

(800°С). С

повышением температуры

это

отноше­

ние уменьшается, и при 1200°С скорость объемной

д и ф ­

фузии олова в никеле возрастает

настолько, что

коли­

объеме и

по границам

зерна, хотя

авторадиограмма

позволяет

еще выявить

преобладание

граничной диф ­

активации процесса Q в объеме

зерен

р а в н а 242

кдою/г-атом

(58000 кал/г-атом),

а

по

г р а н и ц а м

127 кдж/г-атом

(30 400 кал/г-атом);

Qrp/QoG = 0,:52.

Клоцман и

сотрудники

изучали

закономерности

личающихся от

растворителя

(серебра)

только

избы­

точным з а р я д о м

—Z [150].

Сравнивая

результаты,

полученные

при

.исследова­

нии диффузии

мышьяка в

меди

и

сурьмы

в

серебре,

авторы о б р а щ а ю т

внимание на

то, что

параметры

меж-

кристаллитной диффузии ионов

с

одинаковым

избыточ­

ным зарядом

Z = 4 в разных

растворителях

в

пределах

ошибки измерений

совпадают .

Исследования

диффузии

серы

S3 5

в

тантале

и

вана ­

дии методом

послойного анализа

д а л и

следующие

ре­

зультаты

[152]:

D T a =

Ю 1 2 е х р

( - 7 0 0 0 0 / Я Г )

(1970 — 2 0 0 0 ° К ) ;

£>ѵ =

3,1 • Ю - 2

е х р (34000/ RT)

(1320— 1520°К).