6.3. Termiki emal zamanı diffuziya prosesinin
qanunauyğunluqları
Diffuziya anlayışı altında qazlarda, mayelərdə və bərk
cisimlərdə atomların yerdəyişməsi başa düşülür. Diffuziya
hissəciklərin istilik hərəkəti ilə baş verir, temperaturun yüksəlməsi
ilə diffuziyanın sürəti artır. Bir çox
hallarda diffuziya həcmdə
konsentrasiyanın zaman ərzində baş verən bərabərləşməsinə səbəb
olur. Lakin konsentrasiya fərqi olmadıqda belə energetik
fluktuasiyalar nəticəsində də diffuziya baş verir. Konsentrasiya
dəyişmədən baş verən belə diffuziya öz-özünə diffuziya adlanır.
Əksər hallarda diffuziya konsentrasiyanın artması, (karbidlərin,
digər intermetallik və s. fazaların) əmələ gəlməsi və böyüməsi ilə
baş verir. Bu diffuziya yüksələn diffuziyadır.
Diffuziyanın ilk mərhələsində metalın zənginləşdirici
elementin aktiv atomları ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində absorbsiya
baş verir. Absorbsiya zamanı metalın səthinə nüfuz edən atomlar
kristal qəfəsin qüsurlu zonasına düşərək metal atomları ilə
möhkəm rabitə yaradır. Absorbsiya olunmuş atomlar səthdə
toplanaraq istilik hərəkəti sayəsində metalın
daxilinə diffuziya
edir. Bu prosesin əvvəlində səth qatında bərk məhlulun əmələ
gəlməsinə, həmin elementin konsentrasiyası bərk məhlulda
maksimum həll olma dərəcəsinə çatdıqdan sonra isə kristal
qəfəsinin dəyişməsi ilə yeni faza əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır.
Səthin diffuziya edən elementlə zənginləşməsinin davam etməsi
kristal qəfəsin yenidən dəyişməsinə və yeni faza əmələ gəlməsinə
səbəb ola bilər.
Qatda əmələ gələn fazaların təbiətinə görə diffuziya atom
və reaksiya diffuziyalarına bölünür. Atom diffuziyası anlayışı
altında elementlərin bərk məhlulda və ya dəyişkən tərkibli kimyəvi
birləşmədə onların ancaq konsentrasiyasını
dəyişən diffuziya,
reaksiya diffuziyası adı altında isə səthdə kimyəvi birləşmə və ya
yeni allotropik modifikasiya kimi yeni fazalar əmələ gətirən
diffuziya başa düşülür.
Metal
və
ərintilərdə atom diffuziyası müxtəlif
mexanizmlərlə gedə bilər. Bərk məhlullarda həll olan elementin
atomları kristal qəfəsin atomlararası boşluqlarında yerləşir və
qəfəsdə bir vəziyyətdən digərinə asanlıqla keçə bilir.
Əvəzləmə bərk məhlullarında
hər iki komponentin
atomları kristal qəfəsin düyünlərində yerləşir. Əgər qəfəsin bütün
düyünlərinin atomlarla tutulduğun fərz etsək, diffuziya prosesinin
iki qonşu atomun yerdəyişməsi ilə baş verdiyini qəbul etməliyik.
Lakin
energetik
mülahizələrə
görə
belə
dəyişmənin
mümkünlüyünü təsəvvür etmək çətindir. Bu halda diffuziyanın
mümkün ola biləcək mexanizmi düyünlərarası sıxışdırılıb çıxarma
yoludur. Belə mexanizmə görə düyünlər arasında qeyr-müntəzəm
olaraq yerləşmiş atom qonşu atomu öz tutduğu müntəzəm
vəziyyətdən çıxararaq boşalmış yeri tutur. Amma bu mexanizm də
qeyri-real görünür.
Diffuziya mexanizminin ən mümkün sayılan variantı
vakansiyalar üzrə diffuziyadır. Bu mexanizmə görə kristal
qəfəsinin düyünündə düzgün vəziyyətdə yerləşmiş kifayət qədər
enerjiyə malik atom kristal qəfəsinin boş olan düyününə-
vakansiyanı doldura bilər. Məhz bu
tip diffuziya mexanizmi ilə
əvəzləmə bərk məhlullarında diffuziya əmsalının yüksək qiymət
ala bilməsini izah etmək olar.
Vakansiyaların konsentrasiyası kristal qəfəsin boş
düyünlərinin düyünlərin ümumi sayına nisbəti ilə müəyyən edilir.
Məsələn, alüminium, mis və gümüş üçün ərimə temperaturuna
yaxın temperaturlarda bu nisbət 0,1-0,2% təşkil edir.
Bir sıra hallarda ərinti atomları kristal qəfəsində ion
vəziyyətində olur. Belə ərintilərdə diffuziya
elektrik sahəsinin
təsiri ilə həyata keçirilirsə, bu elektriki köçürmə adlanır. Bu halda
dəmir-karbon ərintilərində karbon, bor və hidrogen katoda doğru,
azot isə, əksinə, anoda doğru hərəkət edir. Bu vəziyyət kimyəvi-
termiki emal prosesini intensivləşdirməyə imkan verir. Təcrübələr
göstərir ki, sementitləmə prosesində sabit cərəyan keçməsi
karbonun diffuziyasının sürətini 1,8-2,5 dəfə artırır.