Физико-химические особенности формирования боррированного слоя (Исследовательский раздел дипломного проекта), страница 2

Переход одной фазы к другой  в диффузионном  слое сопровождается  резким  перепадом  концентрации бора. В пределах каждой  фазы  характерно  плавное уменьшение  его  концентрации  от  поверхности  в глубину. Схематически  это  показано  на рис.  32;   указанное  распределение хорошо согласуется с опытными данными (рис, 33).  Как  видно,   рассмотренный  механизм формирования диффузионного  слоя,  но допускает постоянства состава  боридных фаз. Незначительное изменение твердости  внутри  отдельных боридных фаз, а также малое различие  в твердости феррита  и  твердости раствора  бора  в  железе свидетельствуют о  незначительном  перепаде    концентраций  по  глубине.  Поэтому  на  диаграмме состояния  системы  не следует проводить  вертикальные линии,  отвечающие   химическим соединениям   Fe₂B и FeB, а необходимо указывать области гомогенности этих фаз. О необходимости  исследования  областей    существования  боридных фаз. Между  ноной   фазой, возникающей   на   поверхности,  и нижележащей появляется межфазовая граница,  по  обеим сторонам  которой  устанавливаются  вполне определенные пограничные составы, которые совпадают с границами  двухфазной области  соприкасающихся фаз  на диаграмме состояния.  Составы фаз  по  границе раздела при постоянной температуре остаются неименными. Однако в процессе  выдержки  концентрация   внедряемого элемента  на  поверхности  продолжает  повышаться, это обусловливает протекание диффузионных  процессов как в  наружной,  так и  в нижележащей  фазах. В  результате диффузии  установившаяся  концентрация  на межфазовой поверхности  меняется, что  способствует протеканию процессов межфазовой диффузии, т.е.  переходу атомов (в данном  случае  бора) из одной фазы  в другую. Последние восстанавливают концентрации  на границе раздела фаз, и  передвигают ее в ту или иную сторону.

Скорость и  направление  перемещения границы  фаз, т.е. скорость  роста  новой  фазы, зависит от соотношения интенсивности  диффузионных  процессов  в обеих фазах.

Диффузия,  происходящая  в  наружной,  вновь  образующейся фазе, обеспечивает подвод атомов, внедряемого элемента к межфазовой границе и стремится сдвинуть ее вглубь изделия. В результате диффузии в нижележащей фазе атомы внедряемого  элемента отводятся от границы фаз, что препятствует ее продвижению  вглубь изделия, и обусловливает перемещение  к поверхности.

Если  количество элемента,  подведенного  вследствие диффузии  в новой фазе в единицу времени  к  единице поверхности  раздела, обозначить через dm₁, а его  количество,  отводимое  в  результате    диффузии  в нижерасположенной  фазе,  через dm₂,то  величину  перемещения d1межфазовой  границы и  ее скорость V можно представить  выражением:

,

, где   ∆С_РФ - перепад концентраций  на границе  раздела фаз;  

D₁, D₂ - коэффициенты  диффузии  внедряемого элемента в новой   и  исходном  фазах;

, -градиенты концентрации диффундирующего элемента в этих фазах.

Рассмотренный  механизм  образования  и  роста диффузконного  слоя предполагает образование новой  фазы только  после того,  как концентрация  внедряемого элемента (в данным случае бора) достигает  предела его растворимости. Однако, если  в системе  насыщаемый металл  - окружающая  среда образуются  несколько  соединний,  то  принципиально  возможна  реактивная  диффузия. Сущность ее, согласно, заключается  в том, что при соприкосновении двух металлов  возможно, независимо от  явления  взаимной   растворимости,  реакция с  образованием  химического  соединения    непосредственно  на границе раздела реагирующих  металлов. Не обязательно, чтобы  промежуточная фаза на  поверхности появлялась только  после того,  как концентрация внедряемого  элемента  превысит предел растворимости  его в  предыдущей  менее легированной фазе.  Возможно,  что скорость образования  такой   промежуточной  фалы  будет настолько  большой, что именно она и возникает в первую очередь.