NANOMATERIALY METALICZNE – WYKŁAD 10

Dyfuzja – migracja cząstek pod wpływem gradientu stężenia.

1 prawo Fioka

J = -D dN/dx, J-przepływ dN/dx – gradient stężenia D-współ . dyfuzji

2 prawo Fioka

dN/dt = D d^2N/dx^2, dN/dt – zmiana stężenia

równanie transportu (równanie bilansu materii – doczytać)

Dyfuzja zachodzi najłatwiej w gazach, trudniej w cieczach.

Dla gazów:

1. Średniej drogi swobodnej

2. Średniej szybkości cząstek

Dla ośrodków lepkich:

1. Temperatury

2. Współczynnika tarcia

Dla materiałów skondensowanych (metali) ważna jest również energia aktywacji

D = D₀ e^(-E_a/(RT))

Obróbka cieplno-chemiczna stali

1. Nawęglanie – dyfuzyjne wprowadzanie do ww stali węgla do zaw. 0,8 – 0,9 % wag. Umożliwiające poddanie dalszej obróbce cieplnej n.p. hartowaniu

• W ośrodkach stałych (BaCO₃ + węgiel drzewny)

• W ośrodkach ciekłych (rozpuszczone sole: 75% Na₂CO₃ i 15% NaCl; +10% SiC lub CaC)

• W gazach (ziemny, generatorowy lub świetlny; duża zaw. CO i N₂); temp. 930 st.C

1. Azotowanie – dyfuzyjne wprowadzanie do ww stali azotu; temp. 480 – 540 st.C (opt. Temp. Dysocjacji amoniaku); czas trwania ~40 h. W stali tworzyły się azotki glinu; w Polsce stosowano stale 38 HJ i 38 HNJ (H-chrom, J – aluminium); uzyskiwano wysoką twardość (martenzyt – 63 HRC, stal azotowana – 72 HRC)

2. Cyjanowanie (k. slone), Węgloazotowanie (gazy) – jednoczesne dyfuzyjne wprowadzanie do ww stali azotu i węgla.

Obecność atomowego azotu wpływa na podwojenie współczynnika dyfuzji, zatem węgloazotowanie przebiega w temp. < od temp. Nawęglania.

• Cyjanowanie w temp. ~500 st.C (efekt podobny do azotowania)

• Cyjanowanie w temp. ~800 st.C (efekt podobny do nawęglania)

• Cyjanowanie w kąpielach solnych (zaw. KCN lun NaCN)

Klasyfikacja stali – gdzieś znaleźć.