دانلود مقاله نفوذ درمحلول های پایدار فاصله

  نفوذ فاصله دار

  نفوذ اتمها درمحلولهای پایدار جانشین شده موردمطالعه قرار گرفت. در این بخش مابرآنیم که نفوذ درمحلولهای پایدارفاصله می کنند.در مورد نمونه حاضرنفوذ به این صورت اتفاق می افتد که اتمهای محلول از یک محل فاصله داربه محل مجاورشان جهش می کنند.نفوذ فاصله دار،اساسا‏ً هنگامیکه وجود فضاهای خالی برای حرکت اتمهای محلول ، مورد احتیاج نباشد، ساده تراست. تعریف زیربرای نفوذ اتمهایدار رامورد مطالعه قرار

دهیم. درمورد نخست، اتمها حرکت کرده وبه جاهای خالی جهش محلول پایدار جانشین شده رقیق، دربخش12 ،نشان داده شده بود :

 (1 .13 )                                                    

دراینجاa  برابراست با مقدار(پارامتر) شبکه درکریستال،α برابراست با یک

فاکتورهندسی وابسته به کریستال،Z برابراست باعدد تناسب ،Vبرابراست   بافرکانس ارتعاش اتمهای محلول درمحل جانشین شده،  برابراست با تغییرانرژی آزاد درهرمول مرتبط با ساختمان فضاهای خالی وΔ برابراست

با انرژی آزاد درهرمول که مورد نیاز است برای اتمهای محلول برای جهش بر

روی سد انرژیشان درفضاهای خالی یک تعریف همسان می تواند برای نفوذ

فاصله دارنوشته شود :

 (1302)                                                               

این تعریف درتضادبا قبلی فقط یک دوره انرژی آزاد رادربر می گیرد: نتیجه

مستقیم، این واقعیت است که نفوذ فاصله داروابسته به وجود فضاهای خالی

نیست. به این دلیل که یک انرژی آزاد می توانددرمعادله زیرقابل تعریف باشد :

 1301 - اندازه گیری نفوذ فاصله دار

نفوذ فاصله دارغالباً مورد مطالعه قرارگرفته است ، مخصوصاً وقتی که در دمای بالا ، با تکنیکهای آزمایشی همانند( Grube,Matano وغیره) که استفاده می شود برای مطالعه نفوذ در محلولهای پایدار جانشین شده اتفاق

می افتد .

ازطرف دیگر، بیشتر موفقیت ما درمواجهه با نفوذ فاصله دارمخصوصاً درفلزات مکعبیbody-centered  ، بایک تکنیک کاملاً متفاوت بدست آمده است .

 این تکنیک دارای این برتری است که دردماهای بسیارپایینی که متدهای نرمال نفوذ به دلیل میزان نفوذ خیلی آرامشان بی اثرهستند،قابل استفاده است.

این روش درقسمت های بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت وزمان شایان توجهی روی آن صرف خواهدشد ،نه فقط به این دلیل که ابزاری است مهم برای مطالعه نفوذ ،بلکه به این دلیل که حوزه(میدان) عمومی اصطحکاک

درونی فلزات ،درمطالعات حوادث متالورژیکی ، ازاهمیت زیادی برخوردار

است.

هنگامیکه فرصت، اجازه نمی دهد که استفاده روشهای اصطحکاک درونی ،در

جاهایی به غیرازمطامعه نفوذ،مورد بحث قرارگیرد ،یک درک کلی ازمزیت و

فایده این نمونه ازتکنیک با بررسی استعمال آن درمطالعات نفوذ می تواند

بدست بیاید.قبل از ادامه مبحث اندازه گیریهای اصطحکاک درونی، باید خاطرنشان کنیم که درمورد بار جانشین شده ،اندازه گیریهای آزمایشی                                       درضرایب نفوذ فاصله داربرابراست با یک معادله نمونه :

 (1305)                                                                          

دراینجاD   برابراست با قابلیت نفوذ یا ضریب نفوذ ،  برابراست با یک ثابت بنام فاکتورفرکانس وQ  برابراست با انرژی اکیتواسیون آزمایشی برای نفوذ.مقایسه این تعریف ، با نمونه تئوریکی که در معادله (1305)

داده شده نشان می دهد که :

 (1306)                            و

اتمهای پایدار به صورت تئوریکی مورد محاسبه قرار گرفته باشند)ومقادیر

تعیین شده آزمایشیQ و  ، یافته شده است.این تطابق خیلی خوب به علت  دوفاکتوراست. اولی به این علت که ضرایب نفوذ فاصله دارمی توانند دریک مقداردمای بالاتراندازه گیری شوند.

آنها عموماً صحیح تر ازمقادیر جانشین شده مطابق خودهستند.دوم اینکه مراحل نفوذ فاصله دارنمی تواند بستگی داشته باشد به وجود فضاهای خالی

وآسان تراست که به صورت تئوریکی تعبیرشود.خوب است متذکرشویم که

ما داریم درموردمحلولهای پایدارفاصله داررقیق صحبت می کنیم.

وقتی که غلظت محلول قابل ارزیابی (محسوس) باشد ،درآن حالت مقادیرزیاد

فضاهای خالی اشغال شده ، اتمهای محلول به هم تاثیرمتقابل می گذارند یا

حداقل با جهشهای یکدیگربرخورد می کنند. همانطور که دیدیم ،در محلولهای

پایدارجانشین شده ،نفوذهای فاصله دارمعمولاًعملکردهایی ازترکیب بندی

هستند.برای مثال تصویر(1301) راملاحظه کنید.

تصویر(1301) ضریب نفوذ ، عملکردی از

ترکیب بندی است درسیسنمهای فاصله دار.

نفوذ کربن درآهن F.C.C ،در1127 درجه

سانتیگراد.(ازWells،C. ،Batz ، W. ،

Mehl ،R.F. ،.Trans AIME ،

[1950] 188553)

1302 تاثیرSNOEK

مکعب(اضلاع) یا درمراکز وجوه مکعب جا می گیرد. (تصویر1302 را مشاهده

کنید.)

تصویر1302 طبیعت مکانهایی که

اتمهای کربن فاصله داردرشبکه آهن

B.C.C  اشغال می کنند.

هردو موقعیت از نظرکریستال شناسی باهم معادل هستند، همانطور که از تصویر1302 استنباط می شود.یک اتم فاصله دار درنقطهx  یا w می توانددر بین دو اتم آهنی که درجهت<100>  ردیف شده اند بماند. (اتمهای آهن در هر    طرف موقعیتw ،درمرکزسلول واحدنشان داده شده درتصویرومرکزسلول واحد بعدی درروبروی این سلول] که درتصویرنشان داده شده است[ دربر

قرارمی گیرد.قبلاً موردتوجه قرارگرفته بود(بخش9 ،تصویرB902) که فضای قابل دسترس برای اتمهای محلول بین دواتم آهن،کوچکتراست ازقطردایره اتمهای محلول. اشغال یکی   ازاین موقعیتها(همانندآنچه باx   نشان داده شده در تصویر1302 )فقط یک اتم محلول، دواتم  a وb را به کنارهل می دهد. یک اتم درx یا w ،طول کریستال را درجهت[100] افزایش می دهد. به همین ترتیب یک اتم درz یاy ،طول کریستال را درجهت[010] یا[001] افزایش می دهد.

به دلیل سهولت اجازه بدهید مشخص کنیم محور یک مکان فاصله دار را که درجهت آن اتمهای محلول(درهرطرف مکان فاصله دار) گسترش پیدا کردند،در

زمانی که توسط یک اتم محلول فاصله دار اشغال شده است. وقتی که یک کریستالB.C.C  اتمهای فاصله دار را دربردارد،دریک مکان بدون فشارقرار گرفته است، یک رقم تساوی آماری ازاتمهای محلول، می تواند در سه نمونه

ازمکانها خطی که موازی است با جهتهای[100] ،[101]  و[001] یافته شود.

حالا اگریک نیروی خارجی برای تولید یک حالت موازی فشاری کششی به محور[100]  ، به کریستال وارد شود تاثیرکرنشی شبکه را برخواهدداشت.در چنین حالتی که آن محلها،محورهایی موازی با[100] دارند،دهانه هایی منبسط خواهند داشت،درحالی که آنهایی که دارای محورهای نرمال با کشش([001] و [010]) هستند،دهانه هایی کوچک خواهند داشت.

تحت تاثیر یک فشار،در اتمهای محلول،بایدمزیت بزرگتری برای مکانهای خالی با محورهایی که با فشار موازی هستند قایل شد.بعدازاعمال فشار،تعدادی از اتمهای محلول کشیده می شوند، تادراین مکانهای مناسب ازدیاد شوند. پس بنابراین یک تقسیم مساوی اتمهای محلول درمیان 3 نمونه مکانها صورت می گیرد.

وقتی که فشار داده شده کوچک باشد،کرنش الاستیک هم کوچک است. (درحدود   یاکوچکتر)،تعداداتمهای محلول اضافی درواحد حجم سرانجام خودشان را درمکانهای فاصله دار می یابند با محورهای موازی بامحور قوه

کشش فشار واین مستقیماً متناسب است با فشار. بنابراین:

(1307 )                                                                                        

دراینجا  برابر است با تعداد اضافی اتمهای محلول در مکانهای مناسب، K برابراست با ثابت تناسب و برابر است با فشارقوه کششی. هر کدام از اتمهای محلول دریکی از مکانهای مناسب، یک افزایش کوچک به طول نمونه درجهت فشار قوه کششی اضافه می کند. کرنش کلی فلز مشتمل است بردو قسمت: کرنش الاستیک نرمال ،  وکرنش انلاستیک  که ایجاد می شود با حرکت اتمهای محلول در مکانهایی با محور موازی با محورفشار.

 (1308 )                                                                                   

وقتی که یک فشار به ناگهان اعمال می شود، اجزای ترکیب دهنده الاستیک فشار،می توانند به طور قابل توجهی فوراً گسترش پیدا کنند.کرنش انلاستیک، وابسته به زمان است وفوراً ظاهر نمی شود. اعمال ناگهانی فشاربه یک کریستال،اتمهای محلول رادریک دسته نامتعادل جا می دهد،برای برقرای موازنه باید افزایش اتمهای محلول،  ،درمکانهایی بامحورهایی موازی بافشار صورت بگیرد.

حصول پراکندگی متعادل به عنوان نتیجه حرکت های گرمائی نرمال دراتمهای محلول اتفاق می افتد.تاثیرویژه فشار باعث می شود که یک تعداد بیشتر از اتمها به درون مکانهای مناسب جهش کند تا اینکه از آنها بیرون بیایند .

هرچند،وقتی که تعادل حاصل شد، تعدادجهشها درهرثانیه به درون وبیرون مکانهای مناسب باهم برابرخواهند شد.واضح است که تعداد اتمهای اضافی درمکانهای مناسب وکرنش انلاستیک،هردو باید درتعادل،ماکسیمم باشند.نسبتی که تعداد اتمهای اضافی درمکانهای خالی مناسب،رشد می کنند، مستقیماً بستگی دارد به تعداد مکانهای اضافی که درهر آن،هنوز اشغال نشده است . نسبت،بیشترین است، بنابراین،فوراً فشاراعمال می شود،به این خاطرکه دراین زمان تعداد اضافی درمکانهای مناسب،صفراست.

همینطور که زمان پیش می رود وتعداد اتمهای اضافی به ماکسیمم تعداد خود میرسند،نسبت تدریجاً کمتروکمتر می شود.