3. Гетерогенное образование зародышей
| Рассмотренное выше самопроизвольное образование зародышевых центров возможно только в высокочистых металлах. Чаще источником образования зародышей являются твёрдые тугоплавкие частицы, всегда присутствующие в расплаве. Даже в чистейших металлах содержится обычно не менее нескольких тысячных, а чаще сотых долей процента посторонних атомов, что соответствует колоссальному количеству атомов в одном кубическом сантиметре. Например, если примесью в алюминии является кремний в количестве 0,001 мас. % (т. е. одна стотысячная часть от всей массы металла), то количество атомов кремния в 1 см3 будет около 6·1017.
Если кристаллические решётки затвердевающего металла и примеси близки по строению, то последние играют роль готовых центров кристаллизации. Отсюда вытекает: чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации и тем мельче зерно. Свойство твёрдых примесей облегчать зарождение центров и смещать переохлаждение в область высоких температур, где скорость роста уменьшается, широко используется в практике для получения материалов с мелкозернистой структурой, что способствует улучшению механических свойств. В расплав металла вводят малые добавки специальных веществ, получивших название модификаторов (процесс модифицирования). Зерно при этом может измельчаться в десятки раз, а химический состав металла практически не изменяется. При литье фасонных отливок и слитков модифицирование часто проводят введением в расплав добавок, образующих карбиды, нитриды и другие тугоплавкие соединения, которые, кристаллизуясь в первую очередь в виде мельчайших частиц, служат зародышами кристаллов. В последнее время возрос интерес к использованию в качестве модификаторов ультрадисперсных порошков тугоплавких соединений с размерами частиц 0,01–0,1 мкм, получение которых в значительных количествах стало возможным благодаря перспективному бурно развивающемуся направлению – плазмохимическому синтезу. При использовании этих порошков в литейном производстве достигнуты уникальные результаты, выражающиеся в значительном повышении предела прочности при растяжении, пластичности, ударной вязкости и других физико-механических характеристик металлических материалов. С участием авторов настоящего пособия разработаны дисперсные и ультрадисперсные порошки некоторых тугоплавких материалов (додекаборид алюминия АlВ12, дибориды титана и циркония TiB2 и ZrB2 и др.), которые эффективно зарекомендовали себя не только в качестве модификаторов, но и в составе композиционных покрытий различного назначения. |
