Способ определения коэффициента диффузии в порошковых спеченных соединениях

:620 Л (088,8)ев А.Я. Диффузио М.: Наука, 1975, еров В,Н. идр. В генизация в поро Металлургия, 19 нные процессы в с. 47. заимная диффушковых матери 88, с. 28-32.(54) СП ЦИЕНТ СПЕЧЕ (57) Изо металлу зически но для порош Цель -х. юние относится к к исследованию ств и может быть роля параметров спеченных матер порошковои физических использовадиффузии в алах. Изобретеметаллургиисвойств вещено для контпорошковых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 47861 (22) 29,01. (46) 23.03. (71) Самар тет и Нау "Экран" (72) А.В,П сов и Д,И. (53) 625.85 56) Шиня сплавах. -Анциф зия и Гомо алах, - М,48/259092. Бюл. М 11 ский государственный универсично-исследовательский институт ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИА ДИФФУЗИИ В ПОРОШКОВЫХ ННЫХ СОЕДИНЕНИЯХбретение относится к порошковой ргии, а именно к исследованию фих свойств, и может быть использоваконтроля параметров диффузии в ковых спеченных соединения упрощение способа. Способ закл Известен способ определения параметов диффузии в твердых телах, основанный а послойном снятии слоев и измерении их адоактивности.Недостатком этого способа является го сложность, обусловленная необходимотью внедрения радиоактивного диффузана и повторения измерений после каждого нятия слоя. чается в приготовлении двухкомпонентных порошковых смесей путем механического перемешивания до однородного распределения и их последующего прессования. Перед и после изотермического отжига образцы рентгенографируют и измеряют максимум интенсивности одной и той же линии чистого компонента. Коэффициент диффузии рассчитывают по формуле д (ЬЛн,)р-С+угц 7 гуф, дОА - размер частиц компонента А(в которой измеряется коэффициент диффузии); у = =макс после диф,/макс до диф отношение максимумов интенсивности до и после диффузии; - параметр, который определяется пределом чувствительности метода регистрации интенсивности, зависимостью параметров решетки твердых растворов, образующихся при диффузии, от концентрации и видом граничных условий при взаимной диффузии в контактных зонах компонент; 1 - время диффузии. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента диффузии как функции концентрации в порошковых материалах, основанный на приготовлении диффузионных пар; (сначала 1-й порошок засыпают в форму и прессуют, затем 2-й насыпают на 1-й и прессуют оба), после чего образцы отжигают изотермически, измеряется концентрационное распределение элементов в диффузионной зоне методом локального рентгеноспектрального анализа и вычисляется концентрационная зависимость эффективного коэффициента взаимной диффузии. При этом измеренное концентрационное распределение из-за большого разброса значений сглаживается сплайн-функцией. Алгоритм построения сплайн-функции является по существу решением задачи регуляции по Тихонову.Коэффициент диффузии вычисляется ортогональным методом наименьших квадратов при использовании нормального регрессионного анализа.Для проверки вычисленных значений О (С) решали уравнение Фика с заднными граничными условиями для С (х,О). Используя интегро-интерполяционный метод, решение этого уравнения сводилось к решению разностной задачи на ЭВМ.Для сопоставления с экспериментальными данными концентрационные кривые совмещали в плоскости Матано.Недостатком указанного способа является его сложность, обусловленная необходимостью сглаживания экспериментальных данных измерений распределения концентраций в диффузионной сплайн-функцией, чтобы по ним вычислять коэффициент диффузии О (С). Кроме того, в порошковой паре нет строгой однородности в направлении, параллельном поверхности начального раздела, поэтому в каждом эксперименте проводятся несколько измерений распределения концентрации. Вычисленные значения О (С) усредняют, применяя метод нормального регрессионного анализа с ортогональными полиномами подбором значимых степеней по Г-критерию Фишера, что является сложным,Целью изобретения является упрощение способа, расширение области его применения и повышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента диффузии в порошковых спеченных соединениях, заключающимися в приготовлении двухкомпонентных порошковых смесей, прессовании, последующем изотермическом отжиге, измерении электрических характеристик, по которым рассчитывают коэффициент диффузии., приготовление двухкомпонентных порошковых смесей проводят путем механического перемешивания до однородного распределения, перед и после изотермического отжига смесь рентгенографируют и измеряют максимальную интенсивность характеристических линий обеих или одной из компонент, а коэффициент диффузии рассчитывают по формулеоБд=, ",(1-ч+:. ), (1) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гдеод - размер частиц компоненты А, вкоторой измеряется коэффициент диффузии; у - ""ф отношение макси 1 макс.до диф,мумов интенсивности до и после диффузии;2 - параметр, который определяетсяпределом чувствительности метода регистрации интенсивности, зависимостью параметров решетки твердых растворов,образующихся при диффузии, от концентрации, и видом граничных условий при взаимной диффузии в контактных зонахкомпонент;1 - время диффузии.Вывод рабочей формулы для Овд основан на анализе изменений максимальнойинтенсивности линий чистых компонент порошковой смеси. Максимальная интенсивность линий чистых компонентпропорциональна их объемной доле в облучаемом рентгеновскими лучами объеме. Врезультате взаимной диффузии объемнаядоля чистых компонент уменьшается, чтовызывает уменьшение интенсивности ихрентгеновских линий, Относительное изменение интенсивности этих линий можносвязать с параметрами процессов диффузии и с начальными размерами частиц порошков,Применение предлагаемого изобретения позволяет упростить способ, расширитьобласть его применения и повысить точность измерения коэффициента диффузии впорошковых спеченных соединениях, Упрощение способа достигается за счет того, чтовместо длительного процесса измерения ирасчета коэффициента диффузии предлагается более простая формула определениякоэффициента диффузии. Повышение точности измерения достигается тем, что предлагаемый способ исключает разбросзначений концентраций и фактически позволяет получить информацию о протекании диффузии в любом конкретном участкедиффузионной пары,Предлагаемый способ измерения коэффициента диффузии имеет более широкуюобласть применимости по сравнению с известным, так как метод локального рентгеноспектрального анализа, используемый поизвестному способу, имеет ограничения назначения атомного номера исследуемыхэлементов, а предлагаемый способ можноиспользовать для всех известных элементов.П р и м е р. Предлагаемый способ определения коэффициента диффузии в 2-компонентных порошковых спеченных10 15 20 25 30 35 40 45 50 ад = аее = 2,86647 А: 55 соединениях реализован следующим образом,Порошки эквиатомного состава Ее и Мп,что не ограничивает общности, перемешивают механически и прессуют с получениемплоской поверхности, С помощью рентгеновского аппарата ДРОНпод углом О==52,4 производят рентгеносъемку поверхности прессовки и измеряют максимум интенсивности 1 макс характеристическойлинии СоКаот компонента А(железо Ее).После диффузионного отжига в печипри 730 С в течение 3 ч снова измеряютмаксимум интенсивности той же характеристической линии макс и вычисляюту - и"д"ф, для линии железа у ==0,093.Коэффициентдиффузии компонента В иА (Мп и Ее) можно вычислить по формуле (1)При т = 3 3600 с и у = 0,093 находят двадругих параметра: од (размер зерна Ее)и 2.Размер зерна можно определить металлографическим микроскопом, 10 ге130 10 см.Параметр 2 определяется из решенияуравнения для взаимной диффузиивв (у, 1) = - (1 - вгт -- ), (2)К 3где МВ - начальная концентрация В,После преобразования СаРд= его 2,где 2 - аргумент функции его;С"Рд - предельная относительная концентрация компонента В (Мп) и А (Ее), прикоторой железо считается чистым (так какчувствительность рентгеновского аппаратаЛ Ъред= 0,1).С,"Ред можно вычислить используя за-кон Вегарда и закон Вульфа-Брэгга:СаР д Ьс 19 О Ьнйред, (3)где ад - постоянная решеткикомпонента А;Ь - постоянная Вегарда;О - угол Вульфа-Брэгга ( О = 52).о 0,13,14-.пред = 0,1 -180 Рад. Ьге-мп = 0,5 10 А/ат. %,Таким образом,СВппд = 8 ат.% При СК;д8 ат.%, железо считается чисты м (смещение линии железа мен ьше 0,1), а при СК;д ат,% интенсивность "уносится" из основной линии, т,е. уже имеют дело не с "чистым" железом, а сплавом. Определив СВ;д, можно найти 2: = 1 - 2 008 084 1 2 СВГд ег 2,Из таблиц функции ошибок находят, что значению 0,84 соответствует аргумент 2 = 1,00,Вычисляют по формуле (1) коэффициент диффузии Мп и Ее, равный 4,9 10 см /с.Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет существенно упростить методику расчета коэффициента диффузии, тем самым ускорить процесс его вычисления ( на 50%), повысить точность измерения коэффициента диффузии, так как по известному способу из-за неоднородностей порошковых соединений наблюдался большой разброс значений концентраций, который затем сглаживался сплайн-функцией, а также расширить область применения, так как известный способ применим лишь для определенного количества элементов. периодической таблицы, а предлагаемый способ может быть использован для всех элементов. Формула изобретения Способ определения коэффициента диффузии в порошковых спеченных соединениях, заключающийся в приготовлении двухкомпонентных порошковых смесей, прессовании, последующем изотермическом отжиге и измерении характеристики, по которой рассчитывают коэффициент диффузии, отл и ча ю щи й с ятем, что, с целью упрощения способа, расширения области его прйменения и повышения точности измерения, приготовление двухкомпонентных порошковых смесей проводят путем механического перемешивания до однородного распределения, перед и послеизотермического отжига смесь рентгенографируют и измеряют максимальную интенсивность характеристических линий обоих или одного из компонент, а коэффициейтв диффузии рассчитывают по формуле Овд= )щ(1 )" - ) Йд - г гдеод - размер частиц компоненты А (в которой измеряется коэффициент диффузии);у - ма"идф - отношение мак макс.до диф.симумов интенсивности до и после диффузии;1721473 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Составитель Е. КармановТехред М.Моргентал Корректор Э, Лончакова Редактор Н. Рогулич Заказ 947 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Е - параметр, который определяется пределом чувствительности метода регистрации интенсивности, зависимостью параметров решетки твердых растворов, образующихся и ри диффузии, от концентрации и видом граничных условий при взаимной диффузии в контактных зонах компонент;т - время диффузии.5