Металловедение и термическая обработка металлов. Сизов И.Г - 91 стр.

UptoLike

диффундирующего атома показаны на рисунках 3 и 4.
Максимальное значение энергии кристалла достигается в
точке С (рис. 3). Увеличение энергии Е
т
при перемещении
атома из одного междоузлия в соседнее вызвано появлением
упругих напряжений, образующихся при "протаскивании"
мигрирующего атома в узком пространстве между атомами
растворителя.
При переходе от положения а в положение в атом 1
должен "протиснуться" между атомами 2 и 3 (рис. 4). В
промежуточном положении б атомы 2 и 3 раздвинуты, и в
этом месте решетка обладает значительной упругой
энергией. Поэтому промежуточному положению б
соответствует более высокий уровень энергии, чем а и в.
Передвижению атома препятствуют также другие атомы,
которые находятся в соседних атомных плоскостях выше и
ниже показанной на рисунке 4.
Средняя тепловая энергия атомов Е
α
значительно
меньше Е
m
. Энергию, необходимую для преодоления барьера
Е
m
при переходе атома из одного положения в решетке в
другое, принято называть ЭНЕРГИЕЙ АКТИВАЦИИ и
обозначать буквой Q.
Для того чтобы диффузия стала возможной, нужна
флуктуация энергии. Избыточная энергия приобретается
атомом от его соседей благодаря тому, что атомы
непрерывно обмениваются кинетической энергией.
В металле всегда найдется некоторое число атомов,
обладающих повышенной или пониженной энергией
(независимо от средних значений кинетической энергии
атомов).
Отдельные атомы, обладающие Е > Q, могут
преодолеть энергетический барьер и совершить скачок из
одного положения равновесия в другое.
Вероятность перескока атомов из одного положения
равновесия в другое f
m
определяется частотой появления
флуктуаций, превышающих Q.
Рис 3. Схема элементарного акта диффузии по межузельному
механизму и потенциальная энергия кристалла в зависимости от
расположения диффундирующего атома.
Время, в течение которого атом имеет энергию,
необходимую для преодоления барьера, пропорционально
ехр(- Q/RT).
Атом с одинаковой вероятностью может перейти в
любое из равноценных соседних мест Z в ближайшей
координационной сфере (Z - координационное число). При
этом общая частота прыжков за счет флуктуации энергии в
расчете на один атом будет равна:
f
m
= с z γ exp(-Q/RT), (1)
где γ - частота колебания атомов (~10
12
Гц); с -
коэффициент пропорциональности, близкий к единице. Из
уравнения (I) видно, что величина f
m
экспоненциально
зависит от температуры. С увеличением температуры
колебания частиц в узлах решетки усиливаются, все большая
их часть получает энергию, превышающую среднюю
энергию теплового движения и достаточную для того, чтобы
они могли покинуть свое место в решетке и перейти в новое
176 175