Изучение процесса зарождения и начального роста столбчатых кристаллов. Исследования проводились на образцах из армко-железа диаметром 10 мм и длиной 30 мм. Поверхность образцов обрабатывали до степени чистоты у 5 – у Алитирование вели в чистом алюминии марки АВ00.
На всех кривых наблюдаются два характерных участка: первый участок (примерно 15 сек – 2 мин), где виден сначала быстрый, а затем замедленный рост толщины слоя, и второй участок (более 2 мин), где рост слоя монотонно увеличивается. Наличие двух участков на графике роста толщины слоя указывает на изменение механизма этого роста во времени. Для удобства рассмотрим процесс образования слоя при одной из температур, например 690 – 700° С.
После выдержки образца в расплаве в течение 5 сек диффузионный слой еще не образовался, в то же время в слое расплава, прилегающем к поверхности образца, обнаруживаются включения интерметаллического соединения FеАl3. Наличие включений соединения FеАl3 в поверхностном, слое расплава указывает на то, что процессу зарождения диффузионного слоя предшествует растворение поверхности железного образца в расплаве. Последнее подтверждается также результатами авторадиографических исследований.
Появление значительных четких пиков на левой ветви кривой указывает на то, что железная поверхность растворяется в алюминиевом расплаве. Пики располагаются непосредственно у самого главного максимума кривой – это свидетельствует о том, что атомы растворенного железа концентрируются в основном у поверхности раздела фаз, т. е. адсорбируются алюминиевым расплавом.
Известно, что при наличии в системе нескольких фаз свободная поверхностная энергия и, следовательно, минимум ее определяют стабильность (устойчивость) многофазной системы. Судя по появлению небольших пиков на правой ветви, можно полагать, что одновременно с растворением поверхности железа в ней протекает и процесс самодиффузии железа, хотя последний проявляется слабо. Это объясняется низкой упругой энергией вакансий, расположенных на поверхности железа. Наличие вакансий в поверхностном слое железа способствует адсорбции им атомов алюминия. Кроме того, адсорбции атомов алюминия, безусловно, способствует и то, что период решетки железа у его поверхности несколько увеличен. Все это позволяет атомам алюминия адсорбироваться на железной поверхности и в том случае, если железо не растворяется, т. е. при взаимодействии железа с твердым алюминием. Поэтому следует считать, что растворение железа и адсорбция атомов алюминия на железной поверхности протекают одновременно. В этом, очевидно, и заключается сущность основных физико-химических процессов, протекающих в самый начальный момент взаимодействия железного образца с алюминиевым расплавом.
При увеличении времени выдержки до 20 сек рост кристаллов фазы Fе2Аls протекает преимущественно вдоль поверхности образца. Этому, вероятно, способствует каталитическое действие уже образовавшихся кристаллов фазы, а также возможность более быстрого подвода к фронту реакции атомов алюминия из расплава.
Возникающие в таких условиях зародыши фазы Fе2Аl5 могут иметь несколько различную ориентировку, что в дальнейшем должно сказаться на росте кристаллов слоя. Образование диффузионного слоя вдоль поверхности образца одновременно приводит и к некоторому увеличению толщины слоя.
После реализации поверхностного рекристаллизационного слоя образца рост диффузионного слоя сразу резко замедляется. В то же время скорость растворения слоя в расплаве относительно увеличивается. В результате этого происходит некоторое растворение диффузионного слоя и даже уменьшение его толщины, что и объясняет наличие точек перегиба. Толщина слоя постепенно увеличивается, в результате чего й пойвлйетсй второй участок на кривых.
О том, что рост диффузионного слоя в этот период подчиняется законам реактивной диффузии, можно судить по параболической зависимости толщины слоя от времени алитирования. В свою очередь это позволяет вычислить величину энергии активации процесса реактивной диффузии.
  • Читать все новости