Сегрегация (материаловедение)
-
Определение сегрегации
- Сегрегация — обогащение атомов, ионов или молекул в микроскопической области системы материалов.
- Сегрегация и адсорбция часто используются для описания распределения компонентов в твердых растворах и на поверхности соответственно.
-
Типы сегрегации
- Равновесная сегрегация происходит из-за внутренних химических свойств системы.
- Неравновесная сегрегация возникает из-за истории обработки образца.
-
История и особенности
- Равновесная сегрегация предсказана Маклином в 1957 году.
- Неравновесная сегрегация предложена Уэстбруком в 1964 году.
- Неравновесная сегрегация увеличивается с повышением температуры и может быть гомогенизирована.
-
Важность сегрегации
- Сегрегация приводит к образованию участков с дискретным составом, влияющих на свойства материала.
- Сегрегация по границам зерен может вызывать разрушение и охрупчивание.
- Сегрегация на поверхности влияет на чистоту металлургических образцов.
-
Теории сегрегации
- Теория Ленгмюра-Маклина описывает разделение поверхности и границ зерен.
- Теория BET используется для описания свободной энергии сегрегации по границам зерен.
-
Уравнение Ленгмюра-Маклина
- Уравнение описывает сегрегацию по границам зерен в бинарных системах.
- Уравнение справедливо для концентраций растворенного вещества, не превышающих определенное значение.
- При превышении этого значения сегрегация ограничивается.
-
Теория Фаулера
- Теория учитывает взаимодействие между атомами адсорбата.
- При отрицательном значении энергии взаимодействия сегрегация увеличивается с понижением температуры.
- При положительном значении энергии взаимодействия сегрегация уменьшается с понижением температуры.
-
Свободная энергия поверхностной сегрегации
- Уравнение Ленгмюра-Маклина используется для поверхностной сегрегации.
- Свободная энергия поверхностной сегрегации зависит от энтальпии и энтропии.
- Коэффициент обогащения увеличивается при больших размерах атомов растворенного вещества и низкой температуре плавления.
-
Кинетика сегрегации
- Кинетика сегрегации важна при высоких температурах.
- Большинство моделей кинетики основаны на подходе Маклина.
- Коэффициент обогащения может быть постоянным только в разбавленных системах.
-
Сегрегация в металлических отливках
- Металлические отливки подвержены макро- и микросегрегации.
- Микросегрегация может быть уменьшена термической обработкой.
- Макросегрегация не может быть устранена термической обработкой.