Характер руху межфазних границь при неізотермічних умовах формування дифузійного захисного покриття на металах в залежності від енергій активації дифузії

Abstract

Характер руху межфазної границі на ділянці неізотермічного нагрівання чи охолодження має складний вид. Закон руху міжфазного кордону значною мірою відрізняється від класичного параболічного зростання фаз. А при термоциклічній обробці цей рух носить зворотно-поступальний (коливальний) характер. Дифузія в бінарній системі, при неізотермічному режимі нанесення захисного покриття, описується системою диференційних рівнянь другого порядку в приватних похідних на основі другого закону Фіка. Слід враховувати ще експоненціальну (Ареніусівську) залежність коефіцієнта дифузії від температури. Крім того, систему рівнянь необхідно доповнити граничними умовами на зовнішній поверхні і рівнянням балансу маси на внутрішній рухомий границі розділу фаз. Показано: - Еволюція фаз при неізотермічному режимі нанесення захисного дифузійного покриття носить неординарний характер - міжфазна границя рухається складним чином, і її рух значною мірою відрізняється від класичного параболічного закону зростання фаз. - Величини енергій активації дифузії у фазах системи визначають характер залежності положення міжфазної границі від часу. А саме, якщо енергія активації дифузії в першій фазі менша, ніж у другій, то крива залежності випукла при нагріванні (і, в деяких випадках, може навіть спостерігатися підрозчинення фази при нагріванні!) і увігнута при охолодженні (спостерігається інтенсивне зростання фази при охолодженні!). Якщо ж енергія активації дифузії в першій фазі більша, ніж у другій, то крива залежності вогнута при нагріванні і опукла при охолодженні (розчинення фази можливе тільки при охолодженні).

The motion of the interphase boundary during non-isothermal heating or cooling has a complex form. The law of interphase boundary motion differs significantly from the classical parabolic phase growth. During thermo-cyclic treatment, this motion has a reciprocating (oscillating) character. Diffusion in a binary system during non-isothermal application of a protective coating is described by a system of second-order differential equations in partial derivatives based on Fick's second law. It is necessary to take into account the exponential (Arrhenius) dependence of the diffusion coefficient on temperature. In addition, the system of equations must be supplemented with boundary conditions at the outer surface and a mass balance equation at the internal moving phase boundary. It is shown that: • The evolution of phases during non-isothermal application of a protective diffusion coating has a non-ordinary character - the interphase boundary moves in a complex manner, and its motion differs significantly from the classical parabolic law of phase growth. • The activation energies of diffusion in the phases of the system determine the character of the dependence of the interphase boundary position on time. Specifically, if the activation energy of diffusion in the first phase is lower than that in the second, the dependence curve is convex during heating (and, in some cases, phase undersaturation may even be observed during heating!) and concave during cooling (intensive phase growth is observed during cooling!). If the activation energy of diffusion in the first phase is higher than that in the second, the dependence curve is concave during heating and convex during cooling (phase undersaturation is possible only during cooling).