Процессы, протекающие при получении покрытий диффузионными методами

В общем виде методы диффузионного получения покрытий включают в себя три группы процессов, протекающих последовательно и одновременно при формировании диффузионного слоя при температурах насыщения.

Первая группапроцессов включает явления, протекающие во внешней химически активной среде. К ней относятся:

– образование во внешней среде легкоразлагающегося вещества, содержащего наносимый материал либо его атомарную форму;

– диффузия таких веществ во внешней (газообразной, гадкой) среде, посредством которой осуществляется доставка наносимого вещества от внешней среды к покрываемой поверхности.

Вторая группапроцессов относится к явлениям на поверхности покрываемого изделия. К ним относятся:

– разложение на поверхности покрываемого изделия, на катализаторе, легкоразлагающегося вещества с образованием атомарной формы наносимого материала и его физическая адсорбция на поверхности, либо прямая физическая адсорбция наносимого материала, если атомарная его форма была образована непосредственно во внешней среде;

– химическая адсорбция атомов, т.е. установление химических связей их с основой.

Третья группапроцессов содержит явления, развивающиеся в твердом покрываемом материале и обеспечивающие непосредственное формирование требуемых диффузионных поверхностных слоев на изделии.

К ним относятся:

– вхождение адсорбированных атомов в кристаллическую решетку поверхностных атомных слоев основы по принципу замещения либо внедрения, т. е. образование в этих слоях твердых растворов;

– твердорастворная диффузия атомов наносимого вещества в глубь насыщаемого материала под действием градиента концентрации, вызванного появлением в приповерхностных атомных слоях концентрации наносимого вещества более высокой, чем в основе сплава;

– фазовое превращение в слое, приводящее к образованию зон слоя, которые характеризуются новой кристаллической решеткой и принципиальным (скачкообразным) отличием их от основы по химическому составу.

В тех случаях, когда формирование диффузионного покрытия производится после контактно-плотного предварительного нанесения пленки вещества на покрываемую поверхность, например, после сварки взрывом, соединения металлов методом совместной прокатки, других способов плакирования, химического, гальванического или вакуумных методов, отпадает необходимость в развитии первой, а часто и второй групп процессов, поскольку они в той или иной мере происходят при этих предварительных операциях покрытий.

Однако в этих случаях процессы, протекающие в покрываемом материале, могут развиваться также по следующим трем механизмам:

– традиционным путем твердофазной взаимной диффузии компонентов в обе стороны от границы раздела материала основы и покрытия, завершающимся образованием твердых растворов на основе обоих компонентов, либо процессами реакционной диффузии, обеспечивающими образование промежуточных фаз (химических соединений) с собственной кристаллической решеткой;

– по механизму контактного плавления на границе между материалом основы и покрытия либо путем оплавления всего нанесенного материала с последующим взаимодействием пленки оплавленной фазы с твердой основой, завершающимся кристаллизацией слоя за счет диффузионного перераспределения компонентов между основой и кристаллизующейся изотермически поверхностной зоной или кристаллизацией в кинетическом режиме при охлаждении;

– по механизму непосредственной реакционной диффузии на границе раздела основы и покрытия с образованием прослойки химических соединений в зоне контакта.