причем совместное наличие нескольких элементов в растворе лишает их возможности свободно и независимо друг oт друга реагировать с кислородом.
Поэтому, вводя в жидкий металл большее количество раскислителя, мы способствуем более полному связыванию кислорода в оксиды раскислителей.
А далее, вследствие малого удельного веса и нерастворимости оксидов в жидком металле они всплывают на его поверхность, образуя шлаки.
Метод оценки сродства элементов к кислороду по упругости диссоциации оксидов не лишен недостатков, главный из которых - низкие значения получаемых величин упругости диссоциации, в связи с чем, в ряде случаев понятие упругости диссоциации как давления теряет физический смысл.
Более широко применяется оценка сродства к кислороду по изменению изобарно-изотермного потенциала образования оксидов. Однако изобарный потенциал характеризует это сродство при концентрации элементов, равной 100 %, в то время как упругость диссоциации оксидов рассчитывается при любых концентрациях элементов.
ДИФФУЗИЯ В МЕТАЛЛАХ
Диффузией называется процесс самопроизвольного распространения вещества в какой-либо газообразной, жидкой или твердой среде.
Явления такого типа, связанные с переносом масс, обусловливаются, главным образом, неогрганизованным тепловым движением молекул и атомов.
Диффузию следует отличать от конвекции. Конве́кция — вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Перемешивание при конвекции можно считать, в большей степени, организованным движением атомов и молекул.
|
|
Необходимо также разделять диффузию и искусственное перемешивание: компрессор в аквариуме, газовое дутье в сварочной ванне и пр.
При диффузии в газообразном и жидком веществах перемена мест атомов и молекул происходит сравнительно легко, вследствие того что связи между этими частицами ослаблены или полностью нарушены.
В твердых кристаллических телах положения атомов фиксированы в узлах кристаллической решетки, однако, и в этом случае блуждание отдельных атомов вещества (миграция) вполне возможно, хотя и происходит менее интенсивно, чем в жидкости или газе. Видео
Чаще всего диффузия протекает в направлении снижения концентрации вещества (из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации), но в некоторых условиях может идти и в сторону повышения ее. В первом случае диффузия носит название н исходящей, во втором — восходящей. Результатом нисходящей диффузии является равномерное распределение вещества по объему растворителя, тогда как восходящая диффузия приводит к разделению компонентов.
Основные законы диффузии в металлах. Диффузия подчиняется законам, известным под названием законов Фика.
Первый закон диффузии, или первый закон Фика, формулируется так: количество вещества dM, продиффундировавшее за время dt через элемент поверхности dS, пропорционально градиенту концентрации dC/dx
|
|
Коэффициент пропорциональности D называется коэффициентом диффузии.
Закон Фика справедлив для малых концентраций диффундирующего вещества, далеких от концентрации насыщения.
Процесс диффузии аналогичен распространению тепла посредством теплопроводности (сходство уравнений теплопроводности и диффузии). Количество вещества соответствует количеству тепла, а концентрация — температуре. Поэтому вт о рой закон диффузии может быть выведен аналогично уравнению теплопроводности:
Уравнение (V.74) выражает второй закон Фика в самом общем виде в предположении, что коэффициент диффузии сильно зависит от концентрации элемента и различен (анизотропен) в различных направлениях.
1. Влияние на диффузионные процессы некоторых факторов.
Влияние температуры.
Температурная зависимость коэффициента диффузии выражается уравнением 
где D —коэффициент диффузии при температуре Т,
R—газовая постоянная; R = 1,987 кал/моль • °С;
Т — температура, К;
е —основание натуральных логарифмов;
А —коэффициент, зависящий главным образом от типа кристаллической решетки.
Q — теплота активации при диффузии, или теплота разрыхления кристаллической решетки, отнесенная к одному молю металла растворителя, кал/моль; при самодиффузии она составляет 65—80% теплоты испарения.
- Чем больше Q, тем устойчивее, стабильнее структура, меньше D и, следовательно, меньше скорость диффузии.
- Чем больше T, тем выше скорость диффузии.
2. Влияние природы взаимодействующих веществ.
Установлено, что значения коэффициента диффузии D тем выше, чем больше природа диффундирующего элемента отличаетсяот природы растворителя.
|
|
Под природой вещества понимаются его физико-химические свойства: к наиболее характерным относятся константы - плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры, химические свойства и пр.
Работа разрыхления Q для пар элементов, расположенных далеко друг от друга в таблице Менделеева, снижается.
Самодиффузия, частный случай диффузии в чистом веществе или растворе постоянного состава, при котором диффундируют собственные частицы вещества. При самодиффузии атомы, участвующие в диффузионном движении, обладают одинаковыми химическими свойствами, но могут различаться по своим физическим характеристикам (составом атомного ядра, например, изотопы).
Очевидно самодиффузи я в большинстве случаев характеризуется большей работой разрыхления (активации) и меньшей скоростью, чем диффузия посторонних элементов.
Активность диффузии зависит от того, какой тип раствора (внедрения или замещения) образуют данные элементы. Если атомы диффундирующего вещества располагаются между узлами основной решетки (раствор внедрения), затраты энергии значительно меньше, так как процесс происходит без вырывания атомов из узлов и их замещения. Диффузия в этом случае протекает быстрее. Растворы внедрения в железе могут образовывать элементы с атомами малых размеров: Н; N; В; С.