Автореферат (1103729)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 539.292:539.172.3:539.2Плаксин Денис АлександровичМЕССБАУЭРОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВДИФФУЗИИ И ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В СЛОИСТЫХ СИСТЕМАХFe-Be, Fe-Al и Fe-Al-BeСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2005-2Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор В.С.
РусаковОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник В.М. Черепановкандидат физико-математических наук,доцент С.Д. АнтиповВедущая организацияМосковский государственный институтрадиотехники, электроники и автоматики(МИРЭА), г. Москвачасов на заседанииЗащита состоится “ 16 ” июня 2005 года вДиссертационного совета К 501.001.02 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, г.
Москва,.Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудиторияС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им. М. В. Ломоносова.Автореферат разослан “” мая 2005 года.Ученый секретарьДиссертационного совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наукИ.А. Никанорова-3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Для направленной модификации приповерхностных слоев металлическихматериалов с целью улучшения их поверхностных свойств широко применяютсяметоды ионно-плазменного нанесения покрытий.
При магнетронном осаждениииспользуется последующая термическая обработка материала, приводящая кулучшению адгезии покрытия с подложкой, образованию и гомогенизации фаз вдиффузионной зоне. Исходное неравновесное пространственное распределениеатомных компонентов и последующий термический отжиг приводят кпространственной направленности процесса фазообразования и созданиюслоистой системы. Для практического применения таких систем необходимосоздать термически стабильное неоднородное распределение фаз по глубинеобразца. Разработка методов получения пространственно неоднородногораспределения фаз, стабильного к воздействию температуры, представляетсобой важную задачу. В связи с этим необходимо иметь правильноепредставление об особенностях термически индуцированных процессов,происходящих в слоистой системе.Для исследования процессов диффузии и фазообразования в слоистыхсистемах, полученных методом магнетронного осаждения, представляютинтерес бинарные системы железо-бериллий и железо-алюминий.
Железоявляется основным компонентом конструкционных материалов. Уникальныеядерные характеристики, радиационная и коррозийная стойкость, высокиетемпература плавления и теплопроводность обусловили широкое применениебериллия в атомной и ракетной технике. Механические свойства (прочность,пластичность, ковкость), высокие электро- и теплопроводность алюминияобусловилиегоширокоеприменениеваэрокосмическойтехникеиавтомобилестроении. Для бинарной системы железо-бериллий характернобольшое разнообразие структурных и магнитных превращений.
Бинарнаясистема железо-алюминий обладает комплексом ценных физико-химическихсвойств:высокойтеплопроводностью,твердостью,жаропрочностьюиокалиностойкостью. В то же время направленность, кинетика и механизмпроцессов диффузии и фазовых преобразований, а также локальная структура-4продуктов превращений при термической обработке слоистых систем Fe-Be иFe-Al имеют ряд особенностей и до сих пор не достаточно изучены.Использование тонких фольг в качестве образцов при исследованиитермически индуцированных процессов диффузии и фазообразования имеет посравнению с массивными образцами ряд преимуществ:1) на порядки величин меньшие времена релаксации неравновесныхпроцессов;2) возможность комплексного использования неразрушающих методовисследования – мёссбауэровской спектроскопии, рентгенофазового анализа ирезерфордовского обратного рассеяния нейтронов и др.;3) возможность определения концентрации примеси и относительногосодержания образующихся фаз на поверхности и в объеме образца.С технологической точки зрения использование магнетронного осажденияпозволяет создавать контролируемые по толщине покрытия.Использование в качестве подложки железа позволяет в полной мереприменять уникальные методические возможности методов мессбауэровскойспектроскопии.
Комбинируя два метода мессбауэровской спектроскопии регистрацию γ-квантов в геометрии на прохождение и регистрацию электроновконверсии в геометрии обратного рассеяния, можно получить качественную иколичественную информацию о происходящих фазовых и структурныхпревращениях в приповерхностных слоях и объеме образца.Цель работы.Цельюнастоящейработыявлялосьисследованиетермическихиндуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системахжелезо-бериллий, железо-алюминий и железо-алюминий-бериллий методамимессбауэровской спектроскопии с привлечением рентгенофазового анализа и ихтеоретическое описание.Основные положения, выносимые на защиту.Результаты исследования термически индуцированных процессов вслоистых системах Fe-Be, Fe-Al и Fe-Al-Be: последовательность и характерныевремена фазовых преобразований в приповерхностных слоях и объеме-5исследованных систем; обнаружение термической стабильности фаз в бинарнойслоистой системе Fe-Be.Коррелированные изменения дисперсии функции распределения исреднего значения эффективного магнитного поля на ядрах57Fe в растворах α-Fe(Be) и α-Fe(Al) от времени термического отжига.Метод определения концентрации атомов примеси замещения в раствореα-Fe по параметрам функции распределения эффективного магнитного поля наядрах 57Fe.Физическаятермическуюмодель,описывающаястабилизациюдиффузию,пространственнофазообразованиенеоднородногоиструктурно-фазового состояния бинарной слоистой металлической системы.Программнаяреализацияфизическоймодели,позволяющаяколичественно описывать кинетику термически индуцированных процессов влюбой области слоистой системы при произвольных режимах отжига.Научная новизна.Научнаяисследованияминовизнаработыметодамиопределяетсямессбауэровскойвпервыепроведеннымиспектроскопиитермическииндуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системахFe-Be, Fe-Al и Fe-Al-Be и разработкой физической модели для количественногоописания этих процессов, что позволило получить ряд важных результатов.1.
Установленапоследовательностьфазовыхпреобразованийвприповерхностных слоях и объеме исследованных систем.2. Обнаружена термическая стабильность фаз в бинарной слоистойсистеме Fe-Be.3. Определены характерные времена фазовых превращений и термическойстабилизации в исследуемых системах.4. Показано, что направленность фазовых преобразований определяетсяизменением локальной концентрации компонентов в процессе их взаимнойдиффузии в исследуемых системах и соответствует особенностям фазовыхдиаграмм равновесных состояний бинарных систем Fe-Be и Fe-Al.5. Предложен метод определения концентрации атомов примеси врастворе α-Fe по параметрам функции распределения эффективного магнитного-6поля на ядрах 57Fe, с помощью которого определена концентрация примеси как вприповерхностных слоях, так и в объеме исследованных образцов.6.
Предложенафизическаямодель,описывающаядиффузию,фазообразование и термическую стабилизацию пространственно неоднородногоструктурно-фазового состояния бинарной слоистой металлической системы.Научная и практическая значимость.Данныеотермическииндуцированныхпроцессахдиффузииифазообразования в исследованных слоистых системах Fe-Be, Fe-Al и Fe-Al-Be,полученных с помощью магнетронного распыления, могут быть использованыпри разработке методов направленной модификации приповерхностных слоевметаллических материалов с целью улучшения их поверхностных свойств.Предложенный метод определения концентрации атомов примеси врастворе α-Fe по параметрам функции распределения эффективного магнитногополя на ядрах57Fe может быть использован при исследовании произвольныхрастворов внедрения на основе α-железа.Предложенная физическая модель и созданная на ее основе компьютернаяпрограмма позволяют моделировать процессы диффузии, фазообразования итермической стабилизации в бинарных металлических слоистых системах припроизвольном температурно–временном режиме термической обработки.Личный вклад диссертанта.Мессбауэровскиеисследованияпроведеныавторомсовместноссотрудниками Института ядерной физики Национального ядерного центрареспублики Казахстан.
Автору принадлежит основная роль в обработке ианализеполученныхэкспериментальныхданных.Авторпринялнепосредственное участие в разработке физической модели и создании на ееоснове программы для проведения расчетов.Апробация работы.Результаты диссертационной работы докладывались на 6 Международныхконференциях:Международных конференциях «International conference on the applicationsof the Mössbauer effect» (UK, Oxford - ICAME'2001; Sultanate of Oman, Muscat --7ICAME'2003), Международных конференциях «Мессбауэровская спектроскопияи ее применения» (Россия, Санкт-Петербург 2002; Russia, Ekaterinburg 2004), 8ой Международной конференции «Физика твердого тела» (Kazakhstan, Almaty2004), 3-ей Евразийской конференции «Ядерные исследования и их применение»(Uzbekistan, Tashkent 2004).Публикации.Материалы диссертации опубликованы в 8-и статьях, 3-х публикациях вматериалах и 7-ми тезисах Международных конференций, список которыхприведен в конце автореферата.Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискацитируемой литературы.
В заключительных параграфах каждой из главформулируютсякраткиеитоги.Объемдиссертациисоставляет124машинописные страницы, включает 46 рисунков, 6 таблиц и список литературыиз 91 наименования.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьтемыисследования,сформулированы цель, научная новизна и практическая значимость работы,выдвигаются защищаемые положения.Первая глава содержит обзор литературы по теме диссертационнойработы. Представлены данные о структуре и физических свойствах сплавов вбинарныхсистемахжелезо-бериллийижелезо-алюминий,содержитсяинформация по системе бериллий-алюминий и приведены диаграммы состоянияэтих бинарных систем.Представленылитературныемессбауэровских спектров ядерданныеосверхтонкихпараметрах57Fe, принадлежащих различным фазамисследуемых систем.ОписанафеноменологическаятеорияДаркенасучетомэффектаКиркендалла, которая является основой для анализа экспериментальныхрезультатов по взаимной диффузии компонентов в бинарных металлических-8системах.Проанализированытемпературныезависимостипарциальныхкоэффициентов диффузии атомов железа в бериллии DFeBe, атомов бериллия вжелезе DBeFe, атомов железа в алюминии DFeAl и алюминия в железе DAlFe.
Всоответствии с этими данными, полученными в результате проведенияэкспериментов с массивными образцами, определены необходимые длядальнейшего теоретического описания экспериментальных данных парциальныекоэффициенты диффузии.Во второй главе приводится технология приготовления образцов,описываетсяметодмагнетронногонапыления,условияиинтервалытермических отжигов исследуемых слоистых систем, а также используемыеэкспериментальные методы исследования.В качестве подложки использовались тонкие фольги α-железа (89 ат.%57Fe, общее содержание примесей менее 0.06ат.%) равномерно прокатанных до~10-11 мкм. Толщина фольги выбиралась из соображений эффективногоприменения методов мессбауэровской спектроскопии и рентгенофазовогоанализа, поскольку, комбинируя эти методы, можно получить информацию офазовых преобразованиях в объеме и в приповерхностных слоях исследуемогообразца.Нанесение бериллия или алюминия на подложку с одной или с двухсторон проводилось методом магнетронного напыления на установке «Аргамак»при температуре 150°С.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
