Difúzní vrstva - povrchové objemy materiálu, jehož chemické složení se změnilo v důsledku difúze při chemicko-tepelném zpracování (CHT) . Změna chemického složení těchto objemů vede ke změně fázového složení , struktury a vlastností materiálu difúzní vrstvy.
Nejdůležitější podmínkou pro vytvoření difúzní vrstvy je existence rozpustnosti difuzního prvku v nasyceném kovu při teplotě chemicko-tepelného zpracování. Difúzní vrstvy mohou také vytvářet prvky, které mají při procesní teplotě nízkou rozpustnost v nasyceném kovu, ale tvoří s ním chemické sloučeniny .
Klasifikace difúzních vrstev se provádí podle počtu a charakteru saturujících prvků; ve struktuře a vlastnostech.
Jednosložkové difúzní vrstvy vznikají jako výsledek nasycení kovů a slitin nekovovými prvky ( ocel nauhličování , nitridování , boridování , silikonování ...) nebo kovovými prvky ( galvanizace , chromování , hliníkování ...)
Podle povahy saturačních prvků lze vícesložkové difúzní vrstvy rozdělit do tří skupin:
Na základě povahy interakce saturujících prvků se saturujícím kovem (klasifikace podle V.I. Arkharova) [1] nebo mezi sebou (v saturačním médiu) (klasifikace podle G.V. Zemskova) [2] lze předpovědět výsledky dvousložkového chemicko-tepelného zpracování.
Nasycený povrch není v rovnováze: není homogenní v chemickém složení, obsahuje defekty v krystalové struktuře a adsorbované atomy , jeho struktura má přirozenou [3] a umělou drsnost .
Proces adsorpce při chemicko-tepelném zpracování je složitý a závisí na mnoha faktorech: teplotě, tlaku, stavu povrchu, povaze kovu a difuzního prvku atd. Kromě toho je proces adsorpce saturačních prvků doprovázen povrchovou samodifúzí a heterodifúzí a v případě chemických reakcí ( výměna nebo disproporcionace ) probíhajících na rozhraní desorpcí reakčních produktů do reakčního prostředí.
Atomy saturujících prvků adsorbované povrchem difundují hluboko do obrobku. Celkový difúzní tok [4] při chemicko-tepelném zpracování se skládá z atomů saturujících prvků (heterodifůze), základního kovu slitiny (samodifúze), legujících prvků slitiny a nečistot (heterodifuze). Difúzní toky mají vzájemný vliv na rychlost a úplnost realizace procesu saturace [5] .
V současnosti existují dvě kvalitativně odlišné teorie: „ atomová“ a „ reakční“ [6] .
Podle ' atomové' teorie se během chemicko-tepelného zpracování fáze difúzní vrstvy tvoří v pořadí určeném izotermickým úsekem fázového diagramu "kov - saturující prvek" při teplotě zpracování. Matematickým vyjádřením ' atomové' teorie je vícefázová ( Stefanův problém ), ve které je difúzní přenos hmoty v každé fázi popsán druhým Fickovým zákonem a rovnovážná podmínka difúzních toků je nastavena na rozhraní (tzv. kinetika fázových přeměn v difuzní vrstvě se nebere v úvahu).
Teorii ' reaktivní' difúze poprvé navrhl V.Z. Bugakov [7] . Podle této teorie, když se dva různé kovy (nebo reakční prostředí a kov) dostanou na hranici do kontaktu, v důsledku heterogenních fluktuací se vytvoří jádra nové fáze - intermetalická sloučenina . Vznikající fáze může zaujímat mezipolohu na fázovém diagramu.
Při predikci fázového složení difúzních vrstev a sledu tvorby fáze je třeba vzít v úvahu nejen vlastnosti difúzního přenosu hmoty v kovu (nebo v objemu každé fáze), ale také kinetiku fázových přeměn (tzv. rychlost redistribuce atomů na mezifázových hranicích , přeskupování krystalových mřížek a tvorba krystalizačních center nové fáze [8] .
Struktura difúzní vrstvy vzniká v procesu udržování na teplotě chemicko-tepelného zpracování, v procesu chlazení nebo následného tepelného zpracování.
Při teplotě chemicko-tepelného zpracování vzniká buď homogenní struktura difúzní vrstvy, nebo nehomogenní - vícefázová, heterogenní struktura , skládající se z několika jednofázových strukturních zón, umístěných postupně, jak se vzdalují od saturačního povrchu. .
Strukturní zóna difúzní vrstvy je součástí difúzní vrstvy, jejíž materiál vzniká v důsledku fázových přeměn při CT. Každá strukturální zóna při teplotě CTO je jednofázová a liší se od ostatních zón difúzní vrstvy [9] . V procesu následného chlazení nebo tepelného zpracování jsou možné fázové přeměny v difúzní vrstvě, jejichž povaha závisí na režimu chlazení a stabilitě vzniklých fází při teplotě chemicko-tepelného zpracování.
Přechodová zóna - přechodová struktura mezi z hlediska provozu nejvýznamnější zónou difúzní vrstvy a jádrem.
Při jejich tvorbě difúzní vrstvy při iontové chemotepelné úpravě [10] má rozhodující význam proces implantace saturačních iontů prvků. Struktura takové difúzní vrstvy se liší od struktury získané v důsledku tradičního (tepelného difúzního) CTO, kde difúze podél hranic zrn hraje významnou roli .
Tloušťka difúzní vrstvy je nejkratší vzdálenost od povrchu nasycení k jádru [11] .
Efektivní tloušťka vytvrzené vrstvy je nejkratší vzdálenost od nasyceného povrchu ke struktuře [12] s parametrem (např. tvrdost ) rovným určité mezní hodnotě. Tento parametr by měl zaručit spolehlivost a životnost výrobku a je nastaven na základě provozních podmínek s přihlédnutím ke konstrukčním vlastnostem výrobku [13] .