Металлические композиционные материалы с дисперсным упрочнителем, страница 7

Внутреннее окисление. Технология получения материала металл-дисперсная фаза способом внутреннего окисления основана на окислении при повышенных температурах слаболегированного сплава, в котором растворенная фаза имеет большее сходство к кислороду. При нагреве кислород диффундирует в сплав и окисляет растворенную фазу, которая образует отдельные частицы оксидов в основе металла. Как металлическую матрицу в этом способе применяют такие сравнительно легко восстановимые металлы, как Ag, Cu, Ni и Fe.

Для внутреннего окисления необходимо выполнение следующих условий:

1)  матричный металл должен хотя бы в небольших количествах растворять кислород;

2)  скорость диффузии кислорода должна быть существенно выше скорости диффузии легирующего элемента. В противном случае равномерность упрочняющей фазы нарушается за счет выделения ее на поверхности частиц порошка;

3)  давление кислорода в системе должно быть ниже равновесной упругости диссоциации оксида для матричного металла при температуре окисления, иначе процесс осложняется дополнительным поверхностным окислением;

4)  температура окисления должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить технически приемлемую скорость диффузии кислорода.

Внутреннее окисление включает адсорбцию молекул кислорода на металлической поверхности, диссоциацию их на атомы, диффузию атомов кислорода в твердую фазу и реакцию его с легирующим элементом. Скорость процесса определяется диффузией кислорода.

Внутреннее окисление обеспечивает равномерное распределение упрочняющей фазы. Однако этот метод практически не применяют, так как получить мелкозернистый порошок для малолегированных твердых растворов трудно.

Водородное восстановление в растворах может происходить в том случае, если потенциал реакции ионизации водорода выше потенциала реакции восстановления. Поэтому восстановление протекает тем активнее, чем больше парциальное давление водорода и выше значение pH, т.е. ниже концентрация водородных ионов в растворе.

Реакции восстановления можно условно разделить на несколько стадий: растворение водорода, диффузионное перемещение и адсорбция его на поверхности зародыша (затравки), реакции на этой поверхности, десорбция и отвод от поверхности осаждения продуктов реакции. Обычно восстановление проводят в аммиачных растворах, так как с повышением концентрации аммиака быстро растет значение pH раствора. Достаточно полное восстановление достигается при pH = 2,6 – 2,7 для Cu; pH = 6,2 – 7,2 для Ni и pH = 6,6 – 6,8 для Сo. Полученные порошки представляют собой двухслойные частицы. В качестве упрочнителя можно применять оксиды, карбиды, бориды и нитриды тугоплавких металлов.