Активность среды в данных
условиях однозначно определяется потенциалом атмосферы.
2. Адсорбция (сорбция) образовавшихся активных
атомов поверхностью насыщения. Адсорбция является сложным процессом,
который протекает на поверхности насыщения нестационарным образом.
Различают физическую (обратимую) и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При
химико-термической обработке оба типа адсорбции накладываются друг на
друга. Физическая адсорбция приводит только к сцеплению
адсорбированных атомов насыщающего элемента (адсорбата) с
обрабатываемой поверхностью (адсорбентом) благодаря действию
ван-дер-ваальсовых сил притяжения, и для нее характерна легкая
обратимость процесса адсорбции (десорбция). При хемосорбции
происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента,
которое по своему характеру и силе близко к химическому.
Адсорбция начинается прежде всего
на тех участках поверхности, энергия которых максимальна. Адсорбированные
атомы удерживаются на поверхности благодаря стремлению системы понизить
запас свободной энергии. Адсорбция — всегда экзотермический процесс,
приводящий к уменьшению свободной энергии.
Если химический потенциал
диффундирующего элемента в насыщающей атмосфере выше, чем в обрабатываемом
металле, адсорбированные атомы поглощаются обрабатываемым металлом,
внедряясь в вакантные места решетки, в большом количестве имеющиеся на
поверхности металла. Разность химических потенциалов Др. насыщающей среды
р»ср и обрабатываемого металла р.Ре служит
термодинамическим стимулом процесса химико-термической обработки (Ац =
= -
Не)-
Адсорбирующая способность
обрабатываемой поверхности зависит от температуры, давления,
состояния поверхности, природы металла и диффундирующего элемента и других
факторов.
С повышением температуры
константа скорости адсорбции уменьшается:
9
где п — число
адсорбированных атомов; /г — постоянная; <3 — теплота
адсорбции.
С увеличением давления насыщающей
среды количество адсорбированных атомов возрастает. Это следует учитывать
при разработке технологического процесса химико-термической
обработки.
3. Диффузия — перемещение адсорбированных атомов в
решетке обрабатыва-ваемого металла. По мере накопления атомов
диффундирующего элемента иа поверхности насыщения возникает диффузионный
поток от поверхности в глубь обрабатываемого металла (изделия). Процесс
диффузии возможен только прн наличии растворимости диффуцдирующего
элемента в обрабатываемом металле и достаточно высокой температуре,
обеспечивающей необходимую энергию атомам.
Указанные стадии процесса
насыщения взаимосвязаны и влияют иа кинетику химико-термической
обработки, фазовый состав и структуру диффузионного слоя, а следовательно,
на его свойства.
При химико-термической обработке
приток активных атомов к, обрабатываемой поверхности должен превышать
количество атомов, отводимых от поверхности вглубь в результате
диффузии.
Концентрация диффундирующего
элемента иа поверхности С0 зависит от соотношения скоростей
подачи диффундирующего элемента к поверхности и отвода его вглубь.
Концентрация элемента на поверхности следовательно зависит от активности
насыщающей среды (потенциала атмосферы) и скорости диффузии атомов с
поверхности в глубь металла.
Чем больше активность насыщающей
атмосферы (подача активных атомов) и ниже скорость диффузии, тем выше
С0. Однако при чрезмерно высокой скорости подачи атомов из
внешней среды возможно выделение на обрабатываемой поверхности
диффундирующего элемента (например, сажи при
цементации,