Cтраница 3
Физико-химические процессы, происходящие вблизи поверхности, заключаются в образовании диффундирующего элемента в атомарном состоянии вследствие химических реакций в насыщающей среде или на границе раздела среды с поверхностью металла ( при газовом или жидком методах насыщения) сублимации диффундирующего элемента ( при парофазовом методе насыщения) и адгезии диффундирующего элемента на насыщаемой поверхности металла в случае твердого метода насыщения. Процессы, происходящие на поверхности насыщаемого металла, заключаются в сорбции образовавшихся атомов поверхностью металла. [31]
По мнению многих авторов, если диффундирующий элемент может растворяться в насыщаемом металле, то всегда существует инкубационный период до начала образования химического соединения, и реактивной диффузии предшествует гетеродиффузия. Когда диффундирующий элемент не растворяется в насыщаемом металле, с самого начала происходит реактивная диффузия с образованием интерметаллического соединения. [32]
Процесс насыщения двумя элементами ведут одновременно или последовательно. Совместное насыщение возможно, если химическое сродство диффундирующих элементов к насыщаемому металлу выше, чем друг к другу. [33]
С при времени выдержки, обеспечивающем получение слоев толщиной, как правило, не выше 60 - 80 мкм. В работе [220 ] был исследован механизм доставки атомов бора к поверхности насыщаемых металлов в случае вакуумного бори-рования. [34]
При насыщении из твердой фазы передача элемента поверхности металла происходит в местах контактирования двух взаимодействующих тел. Это оказывается возможным при условии, когда уиругость паров диффундирующего металла значительно меяыпе упругости паров насыщаемого металла. [35]
При борировании в жидких средах без электролиза 1 в качестве основы расплава также часто используют буру. К ней добавляют небольшие количества веществ, способных служить восстановителями и образовывать вследствие разности электродных потенциалов с насыщаемым металлом гальванический элемент: металл - электролит - восстановитель. [36]
Аналогичные опыты, проведенные при остаточном давлении 1 - 10 - 3 мм рт. ст., показали, что толщина образующегося слоя в сечениях а и б практически одинакова и составляет 55 - 60 мкм. Следовательно, при вакуумном борировании наряду с твердофазным взаимодействием существенную роль в процессе переноса активных атомов бора к поверхности насыщаемого металла играет парогазовая фаза. [37]
В связи с этим определение ведущих реакций процесса диффузионного насыщения металлов является весьма важной научной и практической задачей, решение которой позволяет управлять процессами химико-термической обработки, совершенствовать существующие и разрабатывать новые методы. При химико-термической обработке металлов в реакционных камерах установок могут протекать следующие основные реакции: термическая диссоциация, диспропорционирование, восстановление водородом, обмен с насыщаемым металлом. [38]
Процесс насыщения поверхностных слоев деталей химическим элементом или группой элементов осуществляют в основном из газовой или жидкой среды при высокой температуре. Для его реализации необходимо обеспечить протекание определенных химических реакций в насыщающей среде и получение элемента покрытия в активном, ионизированном состоянии, абсорбцию элемента и последующую его диффузию в атомарном состоянии вглубь насыщаемого металла. [39]
Для интенсификации процесса газового силицирования в работе [20] предложено использовать явление тлеющего разряда. Тлеющий разряд создают в специальной камере при давлении смеси SiCl4 H2, равном 10 - 100 мм рт. ст., и напряжении между электродами 500 - 1000 в, причем катодом является образец насыщаемого металла. В работе было установлено, что на скорость процесса насыщения оказывает влияние парциальное давление составляющих газовой смеси, ее расход, а также температура разогрева катода - образца. При прочих равных условиях скорость насыщения в поле тлеющего разряда в несколько раз превосходит скорость обычного насыщения из газовой фазы, при этом существенно может быть снижена температура насыщаемого металла. Однако детально механизм силицирования в тлеющем разряде пока не исследован. [40]
Третья стадия заключается в основном в диффузии хемосор-бированного элемента в глубь металла. Эта стадия также интенсифицируется вследствие возникновения большой плотности дефектов в поверхностной зоне при бомбардировке ее ионами большой энергии. Итак, повышенная энергетическая активность насыщающей среды и поверхностной зоны насыщаемого металла является основным фактором, увеличивающим скорость образования и роста диффузионных покрытий в тлеющем разряде по сравнению с обычными процессами газофазного насыщения. [41]
Чаще всего применяют газовый метод, в основе к-рого лежат хим. реакции в газовой среде, содержащей диффундирующий элемент, связанный в хим. соединение ( преим. Эти реакции обмена, восстановления или диспропорционирования протекают на границе раздела насыщаемый металл - газовая фаза или в самой газовой фазе. Металл насыщают, непрерывно подавая активную газовую среду либо используя изолированный муфель. В последнем случае у поверхности помещенного в муфель насыщающего элемента газ непрерывно регенерируется ( реакция восстановления), а у поверхности насыщаемого металла протекает реакция диспропорционирования с выделением активного атомарного насыщающего элемента, что обеспечивает непрерывность диффузионного насыщения. [42]
Если нагревают легко испаряющиеся легкоплавкие элементы, создают небольшое избыточное давление. По жидкостному методу насыщающий элемент находится в расплавленном состоянии, или он содержится в расплаве в виде тонкого порошка во взвешенном состоянии, либо в виде хим. соединения. В этом случае насыщающий элемент непосредственно взаимодействует с поверхностью металла либо насыщению предшествуют хим. обменные реакции на границе между насыщаемым металлом и расплавом или реакции в объеме самого расплава. Для осуществления таких реакций иногда применяют электролиз расплава. По твердофазовому методу на металл предварительно ( используя электролиз, электрофорез, плакирование, пульверизацию) наносят слой др. металла, затем осуществляют диффузионный отжиг. Распространены также нитроцемента-ция и азотирование. Кроме того, применяют алитирование, борирование, титанирование и сульфоцианирова-ние - одновременное насыщение металла азотом, углеродом и серой. [43]
Основное влияние оказывает напряжение электростатического поля тлеющего разряда, которое дает возможность разогнать ионы азота до скорости, позволяющей им проходить несколько атомных слоев кристаллической решетки, не задерживаясь из-за соударений с ее ионами. При обычном азотировании оба процесса адсорбции и диффузии протекают дифференцированно во времени, причем глубокое ( на несколько атомных слоев) проникновение атомов и ионов азота практически исключено. Необходимо также отметить, что при насыщении в тлеющем разряде часть ионов диффундирующего элемента испытывает упругое соударение с атомами кристаллической решетки насыщаемого металла. Возникающий при этом локальный перегрев до температур порядка нескольких десятков тысяч градусов способствует ускорению миграции ионов диффундирующего элемента в глубь металла. Определенную роль играет и очистка поверхности металла в результате катодного распыления. [44]
Если при тех же значениях температуры ( 1150 - 1350) и времени выдержки силицирование в порошке кремния производить nppi атмосферном давлении инертного газа, силицидные слои практически не образуются. Несмотря на низкую производительность, способ вакуумного силицирования представляет в ряде случаев значительный интерес, так как обеспечивает более высокое качество диффузионных силицидных слоев по сравнению с другими способами. В случае силицирования в порошковых смесях с активирующими добавками ( NH4C1, NH4J, NH4Br и др.) процесс происходит в основном за счет взаимодействия газовой среды, содержащей кремний в виде галогенных соединений ( например, SiCl4), с поверхностью насыщаемого металла. [45]