Прочность сцепления алюминия с железом в биметаллических железоалюминиевых изделиях определяется составом и строением интерметаллических фаз, образующихся на границе раздела. С этой целью изучались особенности роста 0 и фаз в условиях одновременного растворения образцов армко-железа в виде вращающихся дисков в расплавах алюминия и алюминия с добавкой 3 % Si.

Скорость роста интерметаллических соединений FеАl3 и Fе2Аl5 определяется законом реакционной диффузии. Процесс образования указанных интерметаллидов должен проходить в две стадии: первая – это химическое взаимодействие железа с алюминием с образованием фазы FеАl3, поскольку термодинамическая стабильность обеих фаз практически одинакова, и вторая – это диффузия обоих компонентов (или одного из них) через первоначально очень тонкий слой соответствующей интерметаллической фазы, приводящая к росту толщины слоя этой фазы.

Следует отметить, что замена в уравнении перепадом концентраций в области гомогенности необоснована, так как в случае образования интерметаллических соединений с очень узкой областью гомогенности коэффициент диффузии, согласно, стремится к бесконечности, что не имеет физического смысла:

Следовательно, понятие «реакционная диффузия» может характеризовать только первую стадию процесса образования интерметаллического соединения; после того как слой достигнет обычно измеряемой в эксперименте величины (10 -4 см и более), имеет место обычная атомная диффузия. Исследование диффузии в таком слое совершенно идентично исследованию диффузии в отдельно взятой фазе. В пользу этого свидетельствует тот факт, что эффективные энергии активации реакционной диффузии, определенные по кинетике роста интерметаллического слоя, не выходят из рамок тех значений, которые получаются при обычной атомной диффузии.

Таким образом, при экспериментальном исследовании реакционной диффузии наиболее рациональным следует признать подход Б.Н. Арзамасова, предлагающего для изучения кинетики роста интерметаллических слоев пользоваться выражением непосредственно вытекающим из первого закона Фика.

Кинетические зависимости, полученные при растворении алюминида Fе2Аl5 при 750° С. С помощью уравнения Нернста – Щукарева были рассчитаны значения констант скоростей растворения. Для определения механизма растворения алюминида Fе2Аl5 в жидком алюминии были построены зависимости констант от угловой скорости вращения со в степени 0,5. Прямые линии соответствуют значениям констант скорости растворения, вычисленным по уравнению Левича. Как следует из приведенных графиков, опытные значения констант удовлетворительно согласуются с вычисленными по уравнению Левича.

Алюминиды железа не могут служить в качестве защитных «барьеров» при растворении чистого железа торцовую поверхность которых полировали, а боковую защищали от воздействия расплава керамической (при растворении чистого железа) или графитовой трубкой (при растворении алюминидов).

По оценкам скорости коррозии различных сталей в расплавах чистого алюминия и алюминия с добавками кремния оказалось, что добавки кремния ускоряют растворение указанных материалов, хотя наблюдали и обратный эффект. Поскольку скорость растворения зависит от растворимости, ее оценили по известным данным при 800° С: при содержании кремния в расплаве 0; 1; 3; 5 и 10 % растворимость железа составляет 5,3; 7,3; 7,8; 8,7 и 12 % соответственно.

Как видно, скорость растворения железа, пропорциональная растворимости, в Al – Si расплавах должна быть существенно выше, чем в чистом алюминии.

Для получения достоверных данных армко-железо растворяли в Al – Si сплавах при 700, 750, 800° С и 299 об/мин образца. Образцы технического железа после опытов подвергали микрорейтгеноспектральному, металлографическому и микродюрометрическому анализу. Переходный слой на образцах после растворения в чистом алюминии состоит из характерных столбчатых кристаллов фазы Fе2Аl5; длина их растет при повышении температуры от 700 до 800° С. Добавка 1 % Si существенно уменьшает толщину переходного слоя.

Как в первом, так и во втором случае прослойка состоит преимущественно из кристаллов Fе2Аl3. При растворении в расплаве алюминия с добавками 3 % Si толщина слоя фазы Fе2Аl5 была еще меньше, чем в опытах с добавками 1 % Si, а со стороны алюминия появился заметный слой новой фазы, по-видимому, на основе FеАl3; эта фаза растет значительно медленнее, чем Fе2Аl5. При 5 % Si сохранялась тонкая прослойка фазы Fе2Аl3 со стороны железа, а фаза, примыкающая к алюминию, по виду уже отличалась от FеАl3 при 750 и 800° С. Прослойка, возникшая при 10 % Si, также отличалась от фаз Fе2Аl3 и FеАl3.




  • Читать все новости