Diffúziós réteg - olyan anyag felületi térfogata, amelynek kémiai összetétele a kémiai-termikus kezelés (CHT) során a diffúzió következtében megváltozott . Ezen térfogatok kémiai összetételének megváltozása a diffúziós réteg anyagának fázisösszetételének , szerkezetének és tulajdonságainak megváltozásához vezet.
A diffúziós réteg kialakulásának legfontosabb feltétele a diffúziós elem oldhatóságának megléte a telített fémben a kémiai-termikus kezelés hőmérsékletén. A diffúziós rétegek olyan elemeket is létrehozhatnak, amelyek a folyamat hőmérsékletén kevéssé oldódnak a telített fémben, de kémiai vegyületeket képeznek vele .
A diffúziós rétegek osztályozása a telítő elemek száma és jellege szerint történik; szerkezetében és tulajdonságaiban.
Az egykomponensű diffúziós rétegek a fémek és ötvözetek nem fémes elemekkel ( acél karburálás , nitridálás , boridálás , szilikonozás ...) vagy fémes elemekkel ( horganyzás , krómozás , alumíniumozás stb.) való telítés eredményeként jönnek létre.
A telítő elemek jellege szerint a többkomponensű diffúziós rétegek három csoportra oszthatók:
A telítő elemek és a telítő fém kölcsönhatásának jellege alapján (V.I. Arkharov szerinti osztályozás) [1] vagy egymás között (telítő közegben) (G.V. Zemskov szerinti osztályozás) [2] megjósolható a kétkomponensű kémiai-termikus kezelés eredményei.
A telített felület nincs egyensúlyban: kémiai összetételében nem homogén, kristályszerkezeti hibákat és adszorbeált atomokat tartalmaz , szerkezete természetes [3] és mesterséges érdességekkel rendelkezik .
A kémiai-termikus kezelés során az adszorpciós folyamat összetett és számos tényezőtől függ: hőmérséklet, nyomás, felületi állapot, a fém és a diffúzor elem jellege stb. Ezen túlmenően a telítő elemek adszorpciós folyamatát felületi öndiffúzió és heterodiffúzió , a határfelületen lejátszódó kémiai reakciók ( kicserélődés vagy diszproporcionálás ) esetén a reakciótermékek reakcióközegbe történő deszorpciója kíséri .
A felület által adszorbeált telítő elemek atomjai mélyen a munkadarabba diffundálnak. A kémiai-termikus kezelés során a teljes diffúziós fluxus [4] telítőelemek atomjaiból (heterodifffúzió), az ötvözet nemesféméből (öndiffúzió), az ötvözet ötvöző elemeiből és a szennyeződésekből (heterodiffúzió) áll. A diffúziós áramlások kölcsönösen befolyásolják a telítési folyamat végrehajtásának sebességét és teljességét [5] .
Jelenleg két minőségileg eltérő elmélet létezik: az „ atomi” és a „ reakciós” [6] .
Az „ atomos” elmélet szerint a kémiai-termikus kezelés során a diffúziós réteg fázisai a kezelési hőmérsékleten a „fém – telítő elem” fázisdiagram izoterm metszete által meghatározott sorrendben alakulnak ki . Az ' atom' elmélet matematikai kifejezése a többfázisú ( Stefan-probléma ), amelyben az egyes fázisokban a diffúziós tömegátadást Fick második törvénye írja le , és a diffúziós áramlások egyensúlyi feltétele a határfelületeken (a a diffúziós réteg fázisátalakulásainak kinetikáját nem vesszük figyelembe).
A „ reaktív” diffúzió elméletét először V. Z. Bugakov [7] . Ezen elmélet szerint, ha két különböző fém (vagy egy reakcióközeg és egy fém) érintkezik a határon, heterogén ingadozások következtében új fázis atommagjai képződnek - intermetallikus vegyület . A kialakuló fázis egy közbenső helyet foglalhat el a fázisdiagramon.
A diffúziós rétegek fázisösszetételének és a fázisképződés sorrendjének előrejelzése során nemcsak a diffúziós tömegtranszfer jellemzőit kell figyelembe venni a fémben (vagy az egyes fázisok térfogatában), hanem a fázisátalakulások kinetikáját is (a az atomok újraeloszlásának sebessége a fázishatárokon , a kristályrácsok átrendeződése és egy új fázis kristályosodási központjainak kialakulása ) [8] .
A diffúziós réteg szerkezete a kémiai-termikus kezelés hőmérsékleten tartása, a hűtés vagy az azt követő hőkezelés során alakul ki.
A kémiai-termikus kezelés hőmérsékletén vagy a diffúziós réteg homogén szerkezete képződik, vagy egy inhomogén - többfázisú, heterogén szerkezet , amely több egyfázisú szerkezeti zónából áll, amelyek egymás után elmozdulnak a telítési felülettől. .
A diffúziós réteg szerkezeti zónája a diffúziós réteg része, melynek anyaga a CT során fázisátalakulások eredményeként jön létre. A CTO hőmérsékleten minden szerkezeti zóna egyfázisú, és különbözik a diffúziós réteg többi zónájától [9] . Az utólagos hűtés vagy hőkezelés során a diffúziós rétegben fázisátalakítások lehetségesek, amelyek jellege a hűtési módtól és a kémiai-termikus kezelés hőmérsékletén kialakuló fázisok stabilitásától függ.
Átmeneti zóna - átmeneti szerkezet a diffúziós réteg működési szempontjából legjelentősebb zónája és a mag között.
Az ionkemotermikus kezelés során létrejövő diffúziós réteg kialakításában [10] a telítőelem - ionok beültetési folyamata meghatározó jelentőségű. Egy ilyen diffúziós réteg szerkezete eltér a hagyományos (termikus diffúziós) CTO eredményeként kapotttól, ahol a szemcsehatárok mentén történő diffúziónak van jelentős szerepe .
A diffúziós réteg vastagsága a telítési felület és a mag közötti legrövidebb távolság [11] .
Az edzett réteg effektív vastagsága a telítési felület és a szerkezet közötti legrövidebb távolság [12] , amelynek paramétere (például keménység ) egy bizonyos határértékkel egyenlő. Ennek a paraméternek garantálnia kell a termék megbízhatóságát és tartósságát , és az üzemi feltételek alapján kerül beállításra, figyelembe véve a termék tervezési jellemzőit [13] .