Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Взаимодействие титан-углерод

05.01.2020

Углерод образует с титаном одно соединение — монокарбид TiC. На рис. 2 показана диаграмма состояния этой системы, построенная по данным различных работ. Кислород увеличивает температуру плавления титана. Плавление образцов, содержащих 0,5—2,5% (по массе) кислорода, наблюдали при 1770°С, в то время как температура плавления чистого титана составляет 1667±8°С. Очевидно, перитектический вид диаграммы состояния титан — углерод, о котором сообщалось в работах, также связан с присутствием в образцах кислорода По-видимому, более соответствующими действительности следует считать данные работы, согласно которым углерод понижает температуру плавления в системе титан — углерод до эвтектической (1645°С).

В присутствии кислорода растворимость углерода в твердом титане увеличивается, поэтому большинство измерений дает завышенный предел растворимости.

Данные о растворимости углерода в титане, полученные в разных работах, сопоставлены в табл. 1. Несмотря на различные методы определения растворимости и разную чистоту исходного титана, значения растворимости в целом удовлетворительно согласуются друг с другом.

Сведения о диффузионной подвижности углерода в а титане, в-титане и карбиде TiC приведены в табл. 2.




Энергия активации при диффузии углерода в р-титане, определенная в этой работе (—48400 кал/моль), более чем в два раза превосходит величины, полученные в других работах, а предэкспоненциальный множитель даже на 5 порядков. Однако значения самих коэффициентов диффузии при температурах 1000—1600°С отличаются от значений, приводимых в работах, не более чем на один порядок. Это расхождение вполне объяснимо, если учесть, что исследование диффузии в работе и в работах были проведены в разных температурных интервалах, на разных образцах титана и с применением отличных друг от друга методов определения концентрации углерода и расчета коэффициентов диффузии.

В работах, в которых распределение углерода в титане после отжига определяли при помощи изотопа C14 на образцах примерно одинаковой чистоты, были получены практически совпадающие результаты.

Все исследования диффузии углерода в карбиде титана можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся работы, в которых коэффициент диффузии углерода в карбиде титана был определен при помощи анализа содержания изотопа С14, ко второй группе — работы, в которых коэффициент диффузии был рассчитан на основании данных о скорости роста карбидных слоев.

Среди работ первой группы одна выполнена на образцах, полученных предварительным насыщением титана углеродом. Очевидно, в этой работе была исследована диффузия углерода в слое карбида титана, имеющем определенный градиент концентрации углерода. В двух других работах были использованы карбидные образцы постоянного состава. В работе определили коэффициент диффузии углерода в металлокерамическом карбиде титана, состав которого соответствовал формуле TiC0,4. В работе при исследовании диффузии углерода в карбиде титана примерно того же состава (TiC0,46), но изготовленного методом дуговой плавки, получены практически совпадающие значения коэффициентов диффузии (см. табл. 2). Пористость образцов карбида титана оказывает существенное влияние на диффузионную подвижность углерода, особенно тогда, когда она является открытой или сообщающейся. В этом случае вклад поверхностных процессов в диффузионный поток может быть довольно существенным. Правда, с повышением температуры этот вклад должен уменьшаться. Так, при исследовании диффузии углерода в карбиде титана с пористостью 10—43% и менее 5% установлено, что при 1700°С отношение коэффициентов диффузии в этих образцах составляло ~10, а при 2300°С — менее 2.

Авторы работы, относящейся к работам второй группы, наблюдали при температурах 1800—2700°С образование карбидных слоев на стенках графитового тигля, в котором находился расплавленный титан. Скорость роста карбидных слоев подчинялась параболическому закону, константы парабол при различных температурах имели следующие значения:
Взаимодействие титан-углерод

Эти данные в совокупности с экспериментально определенными значениями растворимости углерода в жидком титане позволили рассчитать температурную зависимость коэффициента диффузии углерода в титане (см. табл. 2).

Аналогичное исследование, но при более низких температурах, было выполнено К. Венсентом и В. Фелпсом. Они измеряли скорость роста карбидного слоя на твердом титане, находящемся в контакте с графитом. При 1288 и при 4488°С рост карбидного слоя подчиняется параболическому закону, причем толщина карбидного слоя при одних и тех же условиях карбидизации была примерно одинаковой на образцах как технического, так и иодидного титана. Учитывая значения предела растворимости углерода в титане, К. Венсент и В. Фелпс по величинам скорости роста карбидного слоя рассчитали коэффициенты диффузии углерода в карбиде титана. При 1288 и 1488°С они оказались равными 2,0*10в-10 и 2,0*10в-9 ом2/с соответственно. В этой же работе для расчета коэффициента диффузии были использованы величины скорости роста карбидного слоя при температуре 1680°С; коэффициент диффузии углерода в карбиде титана при этой температуре равен 1,4*10в-8 см2/с. Все три значения хорошо укладываются на прямую в координатах lgD—1/Т. Энергия активации процесса диффузии углерода в карбиде титана определена равной 62000 кал/моль. Обработка экспериментальных данных двумя различными методами показывает, что точность в определении величин энергии активации не превышает 9000 кал/моль.

Исследования, методически аналогичные работам, проводились и при более низких температурах.

При расчете значений коэффициентов диффузии по величинам скорости роста карбидного слоя во всех работах было принято, что рост этого слоя обусловлен только диффузией углерода в карбиде титана. Встречным потоком атомов титана в карбиде титана пренебрегали ввиду его незначительности. Это было экспериментально подтверждено исследованием диффузии изотопа Ti44 в карбиде титана TiCx, где 0,67

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: