но

Рис. 5. Искажение параметров кристаллической решетки вблизи поверхности.

высвобождаться в виде механической работы, теплоты, Химической энергии, электричества и т. п.

Например, сжатая пружина, распрямляясь, совершает механическую работу, равную по величине потенциальной энергии, накопленной атомами в процессе ее сжатия. Известно также, что скрученная напряженная пружина быстрее растворяется в кислоте, чем ненапряженная. Практикой установлено, что сварные соединения, имеющие высокие собственные напряжения, больше подвержены коррозии, особенно на участках концентрации напряжений. В двух последних примерах потенциальная энергия атомов, связанная с искажением кристаллической структуры, проявляется в форме

тепловой и химической энергии.

Несовершенства структуры вблизи поверхности металла. Атомы на поверхности металла находятся в особых условиях по сравнению с расположенными в глубине. Внутри кристалла каждый атом взаимосвязан с окружающими его соседними атомами. Действующие на него силы симметричны. Поверхностные атомы взаимодействуют с соседними атомами свободной поверхности, а также с атомами, расположенными внутри кристалла. Силы, действующие на поверхностный слой со стороны окружающей среды, обычно незначительны, а в условиях высокого вакуума — близки к нулю.

Под действием больших сил притяжения со стороны атомов, расположенных внутри кристалла, атомы слоев, прилегающих к поверхности, сдвинутся из своих нормальных положений (рис. 5). Структура металла в слоях, прилегающих к свободной поверхности, будет искажена. Всякое местное искажение кристаллической решетки связано с приростом энергии, вследствие чего любая свободная поверхность кристалла обладает некоторым запасом поверхностной энергии. Величина последней может быть оценена работой, необходимой для образования единицы новой поверхности, например, при разрушении твердого тела. Поверхностная энергия играет существенную роль в некоторых видах сварки, при адсорбции и других процессах.

Вакантные узлы кристаллической решетки. В результате непрерывных тепловых колебаний атомов некоторые узлы кристаллической решетки могут оказаться временно незанятыми (вакантными). Явление это в определенных условиях имеет массовый характер и может быть объяснено так.

Постоянство температуры всех участков кристалла характеризует только среднюю кинетическую энергию атома. В то же время каждый из них обладает собственным запасом энергии, вообще говоря, не совпадающим со средним ее значением для всего объема.

В результате теплового движения и взаимодействия атомов энергия между ними постоянно перераспределяется Одни атомы теряют кинетическую энергию, и скорость их движения уменьшается, другие приобретают очень высокие скорости движения, преодолевают силы связей с соседними атомами, покидают свое место и перемещаются в кристаллической решетке. Возможно также, что сместившийся из своего положения атом выйдет на поверхность кристалла и вырвется в окружающую среду.

Наличие вакантного узла создает несовершенство кристаллической решетки, изменяет силы взаимосвязей. Вакантное место в узле может быть замещено соседним атомом, за счет чего в свою очередь образуется вакансия.

С повышением температуры вероятность образования вакантных мест в решетке резко возрастает. Возникает цепной процесс перемещения вакансий. Есть области, где вакансии образуются особенно интенсивно. Это поверхностные слои, границы зерен, зоны местных дефектов и т. д. Вакансии оказывают существенное влияние на свойства металлов, в особенности на процессы диффузии (см. § 36).

Удаление атомов в окружающую среду лежит в основе процесса сублимации и объясняет наличие парциального давления паров металла над кристаллом даже при нормальных температурах.

Искажение кристаллической структуры в сплавах При образовании твердого раствора атомы растворяемого элемента располагаются в решетке растворителя. Они могут замещать атомы последнего в узлах решетки либо находиться в пространстве между узлами. В первом случае получается раствор типа замещения, во втором — типа внедрения. Вид образующегося раствора зависит от соотношения размеров атомных диаметров.

Так как атомы взаимодействующих веществ различны, процесс растворения всегда приводит к искажению формы и параметров первоначальной решетки растворителя. Это искажение тем заметнее, чем сильнее отличаются атомы друг от друга. Естественно, что изменение кристаллической решетки существенно сказывается и на свойствах металла. При разработке новых сплавов в технике широко используют это явление и получают конструкционные материалы, коренным образом отличающиеся по своим свойствам ют исходных.

Растворы типа замещения дают те металлы, атомные диаметры которых мало отличаются друг от друга,— не более чем на 15%. Кроме того, металлы должны быть близко расположенными в ряду напряжений и иметь сходную кристаллическую структуру. Примерами пар металлов, образующих растворы типа замещения, могут служить Ее—Мп, Ли—Ag, Ее—№ и др. Указанные пары металлов обладают сходными характеристиками межатомных связей и примерно одинаковыми размерами атомов. Большинство пар металлов, удовлетворяющих этим условиям, отличаются хорошей взаимной растворимостью.