Исследование диффузионных процессов

Для исследования диффузионных процессов при насыщении медного конденсата в парах цинка было собрано устройство представляющее собой замкнутый объем с источником нагрева паров цинка, внутри которого помещалась медная фольга. Температура испарения цинка и температура меди регулировались независимо. В работе показано, что существует оптимальное соотношение между температурой медного конденсата и температурой паров цинка в замкнутом объеме, обеспечивающее образование на поверхности конденсата тонкого сплошного слоя цинка и наиболее эффективное насыщение. Соотношение, удовлетворяющее уравнению для случая насыщения меди в парах цинка: температура паров цинка должна быть выше температуры медного конденсата, что легко достигается раздельным нагревом колбы и образца.

Для проверки рассчитанного оптимального режима проводятся испытания, подобные проводятся и для проверки качества краски и иных покрытий, используемых для каменных, металлических и деревянных поверхностей. Только после этого покрытия поступают в магазин краски для стен. Для проверки режима проводили диффузионное насыщение медных покрытий толщиной 20-22 мк м на стали 08кп при температурах подложки 350 и 400° С в течение 15, 30 и 60 мин. Температуру испарителя выбирали так, чтобы обеспечивалось существование сплошного слоя цинка на поверхности меди. Глубину проникновения цинка в медь определяли на поперечных шлифах по ширине зоны желтого цвета, отчетливо видимой в микроскопе МИМ-7 после травления в 25%-ном растворе NaOH. Измерения на поперечном шлифе показали, что в пределах желтой зоны микротвердость отличается от микротвердости в центральной части конденсата, где находится только чистая медь, причем перегиб на кривой микротвердости в точности соответствует границе между зоной красного цвета и зоной с желтой окраской (диффузионным слоем).

Расчет показал, что энергия активации диффузии при насыщении в парах составляет 1,47-108 Дж/кмоль. Это значение несколько отличается от данных, полученных при отжиге многослойных композиций, но энергия активации в этом случае значительно меньше, чем при отжиге массивных образцов, т. е. и при насыщении в парах наблюдается ускорение диффузии цинка в медь. Уменьшение температуры испарения цинка по сравнению с оптимальной, т.е. обеспечивающей наибольшую глубину проникновения цинка в медь, приводило практически к полному прекращению диффузионного насыщения, а с понижением температуры меди на ее поверхности формировался толстый (более 100 мкм) слой белого цвета, богатый цинком. Вероятно, в первом случае на поверхности не образуется сплошного слоя цинка, и концентрация его паров не обеспечивает сколько-нибудь заметной диффузии. Концентрацию атомов цинка на Поверхности можно приближенно оценить на основе молекулярно-кинетической теории газов.