Диффузия

Структурные изменения устанавливаются далее также в результате химических изменений, вызываемых процессами диффузии. Под диффузией понимают при этом всякое перемещение атомов или молекул одного рода в основном материале.

Процессы диффузии в металлах играют значительную роль. Если два металла приводятся в тесное соприкосновение лучом наплавления или спрессовывания порошка одного металла с другим и подвергаются действию достаточно высоких температур, то каждый из этих двух металлов диффундирует в другой. Если один из металлов жидкий, то он одновременно диффундирует в твердый и растворяет его.

Если мы исходим при этом из чистых металлов, то в промежуточном слое образуется целая гамма фаз обоих металлов, обычно отдельно от смеси пограничных фаз. Перепад концентраций в отдельных слоях очень различен; скорость диффузии, следовательно, сильно зависит от структуры решетки. В случае непрерывного ряда твердых растворов скорость диффузии равным образом зависит от состава основной массы; так, диффузия меди в никель с высокой точкой плавления происходит много медленнее, чем диффузия никеля в медь. В один и тот же металл другие металлы диффундируют, как показали опыты Гевеза и Септса со свинцом, с тем большей скоростью, чем далее отстоят они в своих группах в периодической системе друг от друга (чем далее они пи своей валентности). Применяя радиоактивный изотоп свинца, можно установить также, что однородные атомы особенно медленно обмениваются местами. Факт этой автодиффузии наглядно свидетельствует о движении металлических атомов при высоких температурах, на котором основаны также кристаллизация и рост кристаллов.

Однако скорость диффузии очень малых атомов, например атомов водорода или углерода, вероятно особенно велика, так как они не занимают мест металлических атомов (твердые растворы замещения), а перемещаются между ними (твердые растворы внедрения). Это особенно ярко проявляется в стареющих железных сплавах. Сплавы железа с углеродом и азотом после быстрого охлаждения при комнатной температуре, так как атомы углерода и называются при этом достаточно подвижными, чтобы выпасть из твердого раствора внедрения. Твердые растворы замещения меди в а-железе и в особенности также различных металлов в у-железе упрочняются при старении только при температурах на несколько сот градусов выше.

Поэтому металлы, которые при температурах отжига, могут диффундировать в другие металлы через газовую фазу. Сплавы таких металлов омедняются в поверхностных слоях, а при большой скорости диффузии также и в более глубоких слоях, металлом с заметным давлением пара, если они отжигаются при достаточно высоких температурах. Особенно известно обеднение латуней цинком.