Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Взаимодействие тантал-углерод

05.01.2020

Данные о растворимости углерода в тантале приведены в табл. 17. Данные работ хорошо согласуются друг с другом, а значения максимальной растворимости углерода при температуре 2800°С, приведенные в работах, являются явно заниженными вследствие того, что предел растворимости в этих работах определяли по структуре сплавов после закалки, а сохранить высокотемпературное состояние после закалки практически невозможно даже при самых высоких скоростях охлаждения. Поэтому наиболее точными следует считать значения растворимости при температуре выше 1500°С, полученные в работах, в которых были использованы методы определения растворимости, не связанные с закалкой на высокотемпературное состояние. Так, в работах растворимость углерода определяли путем изотермического диффузионного насыщения образцов тантала с по следующим удалением карбидных слоев и химическим анализом сердцевины, а в работе — по изменению структуры карбидных выделений.


Растворимость углерода в тантале уменьшается со снижением температуры не так резко, как в ниобии. Прямая на графике температурной зависимости растворимости в координатах lnc—1/Т имеет излом при температуре ~1900°С (рис. 18). Ниже этой температуры зависимость предельной растворимости от температуры выражается уравнением

а выше — уравнением

(здесь с — в % (ат.), Т — в °К).

В работе излом на кривой растворимости не нашел своего объяснения, так как он может быть вызван либо превращением в самом твердом растворе, либо превращением в карбиде Та2С, находящимся с ним в равновесии. В то время еще не было известно о фазовом превращении карбида Ta2C. Впоследствии такой переход был обнаружен как раз в области температуры 2000°С, что явилось еще одним доказательством надежности и точности выполненных в работе измерений растворимости углерода в тантале.

Полная фазовая диаграмма системы тантал—углерод представлена на рис. 19 (по данным различных работ). Углерод понижает температуру плавления тантала до 2830°С. Тантал образует два карбида — Ta2C и TaC. Наличие фазового перехода a-Ta2C—в-Ta2C и изменяющаяся с температурой область гомогенности карбидных фаз затрудняют расшифровку карбидных слоев, образующихся на поверхности тантала в результате высокотемпературной карбидизации.



Параметры диффузии углерода в тантале и его карбидах приведены в табл. 18. Диффузионная подвижность углерода в тантале, определенная методами внутреннего трения при низких температурах, при помощи изотопа C14 при высоких температурах и при помощи измерения электропереноса, относительно хорошо согласуется друг с другом. Температурную зависимость коэффициента диффузии, полученную в области 45—125°С методом внутреннего трения, очевидно, как и в случае ниобия, нельзя экстраполировать на область высоких температур. При определении коэффициента объемной диффузии углерода в тантале методом микрорентгеноспектрального анализа были получены значения на три порядка меньшие, чем в работах. Вероятно, даже наиболее полное устранение зернограничной диффузии и максимальное уменьшение концентрации дефектов вряд ли может вызвать столь значительное снижение диффузионной подвижности углерода в тантале. Экспериментальные значения коэффициентов диффузии углерода в тантале, полученные для интервала температур 600—2600°С, представлены ниже:

В области температур 600—1400°С соблюдается линейная зависимость между InC и 1/Т. Начиная с 1800°С, отклонения от линейной зависимости увеличиваются, достигая при 1800, 2200 и 2600°С соответственно 37,7; 64,5 и 78,8%. Это свидетельствует о том, что энергия активации при диффузии углерода в тантале может считаться постоянной только в ограниченном интервале температур и, следовательно, экстраполировать уравнения температурной зависимости, приводимые в различных работах, за область исследованных температур нужно с большой осторожностью.

В работах были найдены практически совпадающие друг с другом значения коэффициентов диффузии углерода в карбиде (см. табл. 18). В карбиде TaC диффузионная подвижность тантала при 2500°С примерно в 80 раз меньше диффузионной подвижности углерода. Поэтому насыщение углеродом тантала, даже в тех случаях, когда на его поверхности имеются карбидные слои, можно рассматривать как однонаправленный поток атомов углерода. Значения коэффициентов диффузии углерода в карбидах TaC с разным содержанием углерода приведено в табл. 19. При всех температурах наблюдается систематическое увеличение коэффициента диффузии с уменьшением содержания углерода в карбиде тантала. Однако различие в коэффициентах диффузии не очень велико, и поэтому диффузионную подвижность углерода в карбидах различного состава можно характеризовать значением среднего коэффициента диффузии. Эти значения для температур 1700— 2700°С приведены в табл. 19, а параметры их температурной зависимости — в табл. 18.

Коэффициенты диффузии углерода в карбиде тантала, измеренные в работах, относительно хорошо согласуются друг с другом. Значения, полученные экстраполяцией уравнения, предложенного в работе, на температуры 1000—1900°С, примерно на 3—5 порядков ниже приведенных в работах. Очевидно, экстраполяция на столь отдаленную от исследованной области температур не является корректной. Кроме того, в работе при помощи радиоактивного изотопа углерода измерен коэффициент самодиффузии в карбиде, близком по составу к стехиометрическому. В остальных работах коэффициент диффузии измерен на образцах с большим перепадом концентрации углерода. В этом случае на измеряемые значения коэффициентов диффузии оказывает влияние не только хоть и небольшая, но все же заметная зависимость коэффициента диффузии от концентрации, но и термодинамический фактор, связанный с появлением градиента химического потенциала углерода. При измерении коэффициента диффузии по скорости роста карбидных слоев оба эти фактора приводят к получению завышенных значений.

При карбидизации на поверхности тантала образуются плотные, прочно сцепленные с основой карбидные слои. В отличие от карбидных слоев на металлах IV и VI групп карбидные слои на тантале не растрескиваются и не отслаиваются от основы и при значительной толщине. Более того, при карбидизации тонких изделий из тантала их можно полностью перевести в карбиды, не нарушив при этом формы и сплошности изделий. Так, из танталовой проволоки диаметром 0,25 мм путем поверхностного насыщения углеродом была получена проволока сначала из карбида Ta2C, а затем и из карбида TaC.

Твердый раствор углерода в тантале имеет более высокую прочность и твердость по сравнению с чистым танталом. Твердый раствор на основе тантала, содержащий 0,0995% (по массе) С, сохраняет высокую твердость до температуры 900°.

Было замечено, что контакт с танталом приводит к ускоренной графитизации тонких пленок аморфного углерода и появлению в них выделений карбида тантала.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: