Экспериментальное изучение массопереноса в многофазных системах [Error: Reference source not found].

В системе никель-хром-железо толщина никеля, нанесенного гальваническим методом, достигала 5-8 мкм, толщина слоя хрома, нанесенного либо методом химико-термической обработки, либо гальваническим методом, колебалась от нескольких микрон до 20 мкм. В качестве матрицы использовалось железо, сплав 40Х. Облучение проводилось электронами с энергией 2,75; 3,5; 4,5; 6; 10; 15 МэВ при различных температурах образцов и времени облучения.

В соответствии с литературными данными в железе при насыщении его поверхности хромом, образуется твердый раствор [³⁸]. Результаты микрорентгеноспектрального анализа состава поверхностных слоев, образованных после химико-термической обработки, хорошо согласуются с этими данными. На глубине 90 мкм в концентрации хрома имеется скачок от нуля до 18%. Это дает основание предполагать, что продвижение фронта в процессе диффузионного насыщения связано с образованием фазовой границы. При температуре 1050º С в системе хром-железо в соответствии с диаграммой состояний при содержании хрома ниже 18% происходит образование -фазы.

В процессе облучения системы никель-хром-железо электронами с энергией 4.5 МэВ при температуре образца 500 С за время 310³с происходит массоперенос хрома и частично железа через слой никеля. Вблизи поверхности образца создается несколько зон. В первой зоне (рисунок 18) на глубине от 0 до 3 мкм содержится хром с содержанием железа от 2 до 10%. На глубине от 3 до 7 мкм имеется слой хрома с железом в виде примеси. Далее следует слой никеля, в котором в зависимости от режимов облучения содержится от 0,5 до 4 % хрома и практически нет железа. За слоем никелем следует зона, образованная в процессе химико-термической обработки. Немаловажным является факт сохранения общей толщины слоев никеля и хрома.

Рис. 18. Распределение элементов по глубине образца в системе Ni-Cr-Fe после облучения. Энергия электронов Е=4.5 МэВ, плотность тока j=0,5 А/м², время облучения t=310³с [Error: Reference source not found].

Профиль распределения примеси, образованный под действием облучения существенно отличается от профиля, возникающего в результате концентрационного механизма диффузии, наблюдается неравновесное перераспределение элементов.

В гомогенных системах обнаруженный массоперенос приводит к накоплению на ближайших поверхностях образца компонентов сплавов с исходной концентрацией меньшей 68%. В большинстве случаев, после слоя с повышенной концентрацией формируется слой с минимальной концентрацией примеси.

В гетерогенных системах диффузия примеси в матрицу из покрытия происходит с сохранением максимума концентрации, кроме того, возможно образование нескольких максимумов концентрации.

В литературных источниках отсутствуют модели удовлетворительно объясняющие, наблюдаемый массоперенос.

К настоящему времени накоплено значительное количество экспериментальных данных, и развиты теоретические представления о кинетике радиационного повреждения металлов и сплавов [³⁹]. В общих чертах объяснен механизм дефектообразования, хотя еще недостаточно разработаны теория каскадов, теория радиационной ползучести и радиационно-термической прочности, не объяснены некоторые аномалии радиационно-стимулированной диффузии в области радиационного материаловедения, и в частности, по физико-механическим свойствам чистых металлов, специальных металлических сплавов и промышленных марок сталей.

На основе анализа литературных источников можно сделать следующие выводы:

1. При облучении пучками заряженных частиц происходит изменение дефектной структуры материала. Описание процессов перераспределения точечных дефектов, которые определяют дефектную структуру в поле облучения, осуществляется с помощью моделей на основе кинетического уравнения дефектов или на основе элементарных актов диффузии. Представленные в литературе модели описывают диффузию точечных дефектов или в термодинамическом равновесии, или рассматривают влияние только одного-двух стоков на концентрацию точечных дефектов, что не позволяет точно определить радиационно-стимулированное изменение дефектной структуры.

2. На процессы радиационно-стимулированного перераспределения элементов оказывает влияние первоначальный профиль точеных дефектов, их подвижность и энергия связи с компонентами сплава, а также распределение температуры внутри образца. Большинство представленных в литературе моделей рассматривает один или два фактора, влияющих на массоперенос примеси.

4. Для модификации поверхности, с целью придания ей определенных эксплуатационных свойств, применяется радиационная обработка. Анализ различных способов радиационной обработки материалов показывает, что электронные пучки имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими видами обработки. К преимуществам, прежде всего, следует отнести большую глубину модифицированного слоя, относительную простоту генерации пучка и управление его параметрами. Развитие технологий финишной обработки пучком электронов замедляется отсутствием моделей, которые позволяют адекватно описывать процессы массопереноса, происходящие при облучении электронами. В большинстве случаев диффузия в поле облучения электронами приводит к существенно неравновесному распределению элементов.