Metall va qotishmadagi diffuziya xodisasi

3.Metall va qotishmadagi diffuziya xodisasi.
Metall va qotishmalarda sodir bo’ladigan ko’pgina jarayonlar (kristallanish, fazaviy o’zgarishlar, rekristallizatsiya, sirtini boshqa komponentlar bilan to’yintirish jarayonlari) diffuziya xarakteriga ega.
Moddaning biror muhitda kontsentratsiyasi kamayish yo’nalishida tarqalishi diffuziya deyiladi. Diffuziya deyilganda kristall jismdagi atomning atomlar orasidagi o’rtacha masofadan katta masofalarga siljishi tushuniladi. Agar atomlarning siljishi ayrim hajmlarda kontsentratsiyaning o’zgarishi bilan bog’liq bo’lmasa, u holda bunday jarayonlar o’z-o’zini diffuziyalash deb ataladi. Kristallardagi diffuziya jarayonlari asosida atom mexanizmi bo’lib ana shu tufayli har bir atom panjaraning turli muvozanat vaziyatlari orasida daydib yuradi.
Shunday qilib, diffuziyaning istalgan atom nazariyasi diffuziya mexanizmini ko’rib chiqishdan boshlanadi. Eng avvalo, ma‘lum atom qanday qilib bir pozitsiyadan boshqasiga o’tadi?- degan savolga javob berish lozim.
Qattiq kristall jism (metall) da diffuziya jarayonini bayon qilish uchun davriy, almashuvchan, vakansiya va uzellar aro kabi mumkin bo’lgan diffuziya mexanizmi mavjud (7-rasm).
7-rasm. Metall kristall panjarasida atomlarning siljish mexanizmi
Agar sistemada temperatura bir tekis taqsimlanmagan bo’lsa yoki sistemaga tashqi kuchlar,masalan, elektr ta‘sir qilsa, u holda tegishlicha termodiffuziya yoki elektrodiffuziya sodir bo’ladi, kontsentratsiya esa notekis taqsimlanadi.
Bir o’lchamli diffuziya uchun Fikning birinchi qonuni o’rinli bo’lib,
(1)
bu yerda dm-diffuziya paytida dt vaqtda x o’qi bo’ylab, shu o’qqa perpendikulyar joylashgan S yuza orqali o’tgan element massasi, dc/dx- kontsentratsiya gradienti, D-diffuziya koeffitsienti, «-»-diffuziya kontsentratsiyasi katta bo’lgan hajmdan kontsentratsiyasi kichik bo’lgan hajmga qarab yo’nalishini bildiradi.
Agar kontsentratsiya gradienti dt vaqt ichida o’zgarsa, u holda diffuziya Fikning ikkinchi qonuniga bo’ysunadi.
(2)
Bu qonunni chiqarishda, biz diffuziya koeffitsenti kontsentratsiyaga bog’liq emas, u faqat o’z-o’zini diffuziyalash uchun o’rinli deb hisobladik, shuning uchun bu tenglama diffuziyaning ma‘lum chegara shartlari asosida yechiladi.
Diffuziyaning birinchi va ikkinchi qonunlari o’tgan asrning o’rtalarida shveytsariyalik fizik A.Fik tomonidan o’rnatilgan. Faraz qilaylik, diffuziyalanadigan moddaning kontsentratsiyasi X1 nuqtada S1, X2 nuqtada S2 bo’lib, S2>S1 bo’lsin. Fik qonunidan shu narsa aniqki, moddaning diffuziya oqimi X2 nuqtadan X1 nuqtaga yo’nalgan bo’lib, uning kattaligi kontsentratsiyaning keskin darajada o’zgarishiga to’g’ri proportsional va u ga tengdir.
Odatda, moddaning migratsiyasi uning oqim zichligi bilan xarakterlanadi va j bilan belgilanadi hamda ma‘lum vaqt davomida berilgan ko’ndalang kesim yuzasidan o’tgan modda miqdori ana shunday nomlanadi. Oqim zichligi ma‘lum bo’lsa, diffuziyalanadigan modda miqdorini aniqlash uncha qiyinchilik tug’dirmaydi (8-rasm).
8- rasm. Metalda diffuziyalanadigan modda migratsiyasining sxematik ko’rinishi
Bu yerda bo’lib, proportsionallik koeffitsienti D- diffuziya koeffitsienti hisoblanadi va u vaqt birligi (1s) ichida yuza birlikdan (1 sm2) diffuziyalangan modda miqdori bo’lib, [uzunlik]2 / [vaqt] bilan o’lchanadi: sm2/c, m2/s.
Diffuziya tajribalari shuni ko’rsatadiki, Fik qonunlari ko’pincha gazsimon, suyuq va qattiq jismlarda yaxshi bajarilar ekan. Bunda diffuziyalangan moddaning o’lchangan miqdorini Fik formulasi bilan taqqoslash asosida, odatda, diffuziya koeffitsenti D topiladi.
Diffuziya koeffitsientini bilish esa, ko’pgina hayotiy amaliy masalalarini hal etish imkonini beradi. Masalan, 9-rasmda tasvirlanganidek, A elementga V element diffuziya orqali to’yintirilmoqda, agar D ma‘lum bo’lsa, t vaqtdan so’ng, V element A elementning qancha chuqurligigacha kirib borishi mumkin?
9-rasm. Metallarning diffuziyalanish sxemasi
Qancha chuqurlikka kirib borishi asosan diffuziya tezligining birdan-bir ko’rsatgichi-koeffitsient Dvat vaqtga bog’liq. Ana shuning uchun ham D vat vaqtni shunday kombinatsiyada joylashtirish kerakki, bundan uzunlik o’lcham birligi kelib chiqsin, u holda
Demak, . Umuman olganda, diffuziya koeffitsienti D (sm2/s), ya‘ni kontsentratsiyaning keskin darajada o’zgarishida, 1s vaqt davomida 1sm2 yuzadan diffuziyalanadigan modda miqdori qotishma tabiatiga, donlar o’lchamiga, ayniqsa temperaturaga bog’liq. Diffuziya koeffitsientining temperaturaga bog’liqligi eksponentsial qonunga buysunadi va u quyidagicha ifodalanadi: . Bu yerda A-kristall panjaraga bog’liq koeffitsient, Q- aktivlash energiyasi, kkal/(G. atom); R- gaz doimiysi, 1,987 kal/(mol.S0); T- temperatura, K.
|