» » Диффузия в жидких металлах
22.04.2015

Диффузией называют самопроизвольное перемещение атомов или молекул в веществе. Она характеризуется коэффициентом диффузии D, имеющим размерность см2/с. Различные металлы, растворенные в одной основе, обладают различными коэффициентами диффузии. Однако для подавляющего большинства металлов коэффициент диффузии в жидком металле-основе находится в пределах (1/5)*10в-5 см2/с, если температура расплава не превышает на 10—20°С температуру плавления. Такая же величина характерна и для коэффициента самодиффузии металлов. Te элементы, которые в твердом металле образуют растворы внедрения, обладают в расплавленном металле значительно большим коэффициентом диффузии. Например, если в жидком железе никель и хром имеют коэффициент диффузии около 5*10в-5 см2/с, то у азота и углерода этот коэффициент примерно в 10 раз больше, а коэффициент диффузии водорода имеет величину около 10в-3 см2 с. Это объясняется малыми размерами атомов этих элементов. Для сравнения следует указать, что в твердых металлах вблизи точки плавления коэффициенты диффузии компонентов, образующих растворы замещения, составляют около 10в-8 см2/с.
Повышение температуры жидкого металла вызывает довольно быстрый рост коэффициента диффузии, приблизительно его удвоение при перегреве на каждые 20—30°С. Аналитически это выражается формулой: D = D0 exp (—Q PT), где D0 — постоянная величина, T — температура; R — газовая постоянная, Q — энергия активации.
В жидких металлах, так же как и в твердых, действует параболический закон диффузии х=√2Dτ, где х — расстояние, на которое смещается слой с заданной концентрацией за время τ. Несмотря на то что в жидких металлах коэффициент диффузии примерно в 1000 раз больше, чем в твердых, практически нельзя добиться необходимого усреднения состава сплава при плавке только за счет диффузионного массопереноса. Приведенная выше формула показывает, что глубина взаимной диффузии за 1 ч не превысит х=√2*5*10в-5*3600=0,6 см. Следовательно, для получения однородного по составу жидкого сплава совершенно необходимо принудительное перемешивание