ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перзое знакомство с законами диффузии из "Атомы блуждают по кристаллу" Отступление 6 коррозия — враг металлов. Коррозия— это разрушение металлических материалов под действием окружающей среды. Коррозия чаще всего начинается на поверхности металлических изделий на ней образуются химические соединения, состоящие из металла и какого-либо элемента окружающей среды. Чаще Бсего это окислы, но могут образовываться и сульфиды, и фосфиды и т. д. [c.51] Постепенно продукты коррозии проникают все глуб же внутрь металла и он разрушается. Коррозия причи-ня ет огромный уш ерб народному хозяйству. По крайнеп мере четверть производимого в мире металла теряется вследствие коррозии. [c.52] Различные металлы корродируют с разной скоростью, но абсолютно коррозионно стойкого металла ЕЛИ сплава нет. Благородные металлы потому так й названы, что величественно не реагируют на окружаюш ую атмосферу, однако, в царской водке — смеси соляной к азотной кислот — платина корродирует и довольно быстро. [c.52] Пленка окисла на поверхЕОСти металла может быть тонкой, плотной (алюмин-ий) и хорошо предохранять металл от дальнейшей коррозии, а может быть рыхлой, непрочной (железо), и тогда коррозия легко распространяется в глубь материала. Зная механизм образования коррозионного слоя, мы можем успешнее бороться с коррозией. [c.52] А защита металлов от коррозии — задача важная. Обычно ее решают, не допуская контакта металла с молекулами воды и активных газов атмосферы, чаще всего путем покрытия металла каким-нибудь другим металлом, более стойким к коррозии, или лаками и красками. Но слой краски со временем разрушается. Надо снова очищать металл от продуктов коррозии и перекрашивать. На многократную окраск и перекраску Эйфелевой башни уже затрачено больше средств, чем на ее постройку. [c.52] После удаления верхнего слоя измеряется радиоактивность остатка. [c.54] Мы подробно обсудили первый способ измерения коэффициента диффузии —по глубине диффузионного слоя. Помимо трудностей чисто технических (приготовление шлифа, снятие тонких параллельных слоев или получение косого среза под малым углом), этот способ имеет принципиальный недостаток—неоднозначность в определении глубины диффузионного проникновения. [c.55] Посмотрите на рис. 8 или на рис. 11. Как выбрать глубину слоя на рис. 8 Какой плотности почернения на рис. 11 она соответствует Отсюда и неточности в определении коэффициента диффузии этим способом. [c.55] Поэтом5 для точных измерений коэффициента диффузии пользуются другим способом, хотя он и более сложны . Идея его заключается в сопоставлении функции с(д )- зависимости концентрации диффундирующего вещества от глубины проникновения, полученной экспериментально, с распределением концентрации, или с функцией с(х), полученной теоретически. [c.55] Задача описания диффузии, т. е, проникновения вещества с поверхности образца вглубь, как уже подчеркивалось выше, аналогична задаче нагревания тела от Источника тепла, расположенного на его поверхности. [c.55] В этой формуле тремя буквами ехр обозначено основание натурального логарифма. Показательная функция с таким основанием называется экспоненциальной, и об ее свойствах мы еще поговорим. [c.56] Таким образом, мы получили уравнение, описывающее распределение вещества в образце, обусловленное диффузией из нанесенного тонкого слоя. Вещество в количестве q нанесли на поверхность и больше его не добавляли. Массообменом с окружающей средой мы пренебрегли. [c.56] Нас не должно смущать, что концентрация на поверхности образца в начальный момент времени бесконечно велша 7(0, 0)—оо. Так оно и есть ведь мы нанесли бесконечно тонкий слой вещества. Если конечное количество вещества q находится в бесконечно малом объеме, то его концентрация, т.е. количество вещества, отнесенное к единице объема, стремится к бесконечности. В любой другой момент времени, кроме /=0, концентрация на поверхности уже не стремится к бесконечности, а является конечной величиной и с течением времени, как мы видели, убывает. [c.57] Возьмем образец — пластину никеля, достаточно толстую, чтобы заведомо выполнялось условие толщина пластиныНанесем на поверхность пластины радиоактивный N1. После диффузионного отжига в течение времени f при температуре Т и охлаждения образца будем последовательно снимать слои, все более отдаляясь от поверхности, и измерять радиоактивность. каждого сдоя. [c.57] Зная зависимость активности от глубины проникновения, рассчитайте сами коэффициент самодиффузии никеля (упражнение 2). При 1200°С он составляет 3,7.10- з м2/с. [c.57] Метод снятия слоев — один из самых точных, но Не очень удобный, потому что снятие тонк-их параллель ных слоев, как уже говорилось, работа сложная и трУ доемкая. Кроме того, метод требует разрушения образца, а это не всегда возможно и допустимо. Поэтому было придумано много других методов, но во всех них Так или иначе получают функцию с(х, /) и сравнивают с теоретической. [c.57] Не касаясь больше методов измерения коэффициентов диффузии, я скажу только о самых главных результатах, о некоторых закономерностях. Для самодиффузии назову две. Одну мы уже знаем. Вблизи температуры плайления коэффициенты самодиффузии всех твердых металлов приблизительно одинаковы и составляют по порядку величины 10 м /с. Попробуйте посчитать и вы убедитесь, что эта величина обеспечивает глубину проникновения (диффузионный. путь) около 0,4 мм за сутки (упражнение 3). [c.58] конечно, все обстоит гораздо разнообразнее. Ведь атомы движутся уже не среди себе подобных. Однако очень грубо некоторые закономерности все-таки сформулировать можно. Но для этого нам придется сначала коротко рассказать о твердых растворах замещения и внедрения. [c.59] Вернуться к основной статье