Автореферат (1103729), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Концентрация атомов Al и Be в растворе α-Fe(Al,Be) в объемеобразца (по данным МС) (а) и фрагменты рентгеновских дифрактограмм (б) дляслоистой системы Al25%Be75%(2 мкм)-Fe(10 мкм) при различных температурахпоследовательного изохронного отжига.Характеризмененияконцентрациипримесейврезультатепоследовательного изохронного отжига в исследуемой системе не противоречитфазовым диаграммам. В подтверждение этому на рис. 5а приведены зависимостипредельных концентрации атомов бериллия и алюминия от температуры,полученные по данным фазовых диаграмм бинарных систем Fe-Be и Fe-Al.- 16 Проведенные рентгенофазовые исследования показали, что с увеличениемтемпературы отжига, наблюдается очередность растворения напыленныхкомпонентов в α-Fe, сначала алюминий (после отжига при 600°C наблюдаетсясмещение рефлекса в сторону меньших углов рассеяния 2ϑ, что свидетельствуетоб увеличении параметра элементарной ячейки a, вследствие диффузии атомовAl в α-Fe), а затем бериллий (сдвиг той же линии при увеличении температурыотжига в сторону больших углов рассеяния говорит об уменьшении параметра aиз-за замещения атомов железа атомами бериллия).
При температуре отжига900°C наблюдается практически полное совпадение дифракционных линий, чтосоответствует приближению к концентрационному равновесию, когда градиентконцентрации примеси становится близким к нулю.В четвертой главе приведено описание предложенной нами физическоймодели процессов диффузии и фазообразования в бинарных слоистыхметаллических системах A-B. Основные положения модели:1) локальная концентрация CA,B(x,t) (CA(x,t)+CB(x,t)=1) компонентов A и B наглубине образца с координатой x в произвольный момент времени tопределяется процессом взаимной диффузии атомов;2) парциальные коэффициенты диффузии DA,B компонентов А и B друг в другене зависят от фазово-структурного состояния образца;3) скорость фазообразования намного превосходит скорость диффузии;4) результатфазообразованияопределяетсялокальнойконцентрациейкомпонентов и диаграммой равновесных состояний бинарной системы:– если локальная концентрация C(x,t) попадает в область гомогенностиодной из фаз - C(x,t)∈[Сmin,Cmax]α,β, то образуется только эта фаза;– если локальная концентрация соответствует двухфазной области надиаграмме состояний - C(x,t)∈[Сmin,Cmax]α+β, то происходит одновременноеобразование обеих фаз в количественном отношении, определяемомС( x , t ) − C β β C α − С( x , t ) α β,p =(С ,С - предельныеправилом рычага - p =Cα − CβC α − Cβαконцентрации компонентов в α- и β-фазе).- 17 В соответствии с феноменологической теорией взаимной диффузииДаркена, и принимая во внимание, что в случае слоистых систем концентрации икоэффициент взаимной диффузии зависят только от одной пространственнойкоординаты x, уравнение диффузии можно записать в виде:∂C A , B ( x , t )Длярешения∂t∂ 2 C A , B ( x, t )∂D( x , t ) ∂C A , B ( x , t ).=⋅+ D( x , t ) ⋅∂x∂x∂x 2этогодифференциальногоуравненияграничные(2)условияопределялись отсутствием потоков компонентов на границах слоистой системы∂C A , B ( x , t )∂x=0 иx =0∂C A , B ( x , t )∂x= 0,x =dа начальные условия соответствовали толщине наносимого покрытияC A (t = 0, 0 ≤ x < d A ) = 1 , C A (t = 0, d A ≤ x < d = d B + d A ) = 0 .Для однофазных областей (α– или β–фазы) слоистой системы согласнозакону Даркена коэффициент взаимной диффузии в бинарной системе равен:D(CA(x,t)) = DACB(x,t) + DBCA(x,t) = DA(1-CА(x,t)) + DBCА(x,t).(3)Здесь DA,B – парциальные коэффициенты диффузии компонентов А и B друг вдруге, которые в соответствии с предлагаемой нами физической моделью (п.2)не зависят от фазово-структурного состояния образца, а следовательно откоординаты x и времени t.Для двухфазной области (совокупности α– и β–фаз) слоистой системынеобходимо учесть наличие межфазной границы.
В связи с этим намипредложен механизм взаимной диффузии в двухфазной области слоистойбинарной системы, в соответствии с которым диффузия происходит только понепрерывным каналам, образованным частицами одной (α– или β–) фазы.Пусть в двухфазной области слоистой системы образуются частицы обеихфаз одинакового линейного размера λ. Тогда в двухфазной области, в j–ом слое скоординатой xj=xα+j⋅λ (см. рис.6), образуются частицы α–фазы с вероятностьюp αj , определяемой по правилу рычага. Вероятность образования непрерывныхканалов α–фазы длиной, превышающей xj-xα, по которым происходит взаимнаядиффузия компонентов от однофазной области вплоть до j–го слоя:- 18 mW jα = ∑ Piα ,(4)i= jгде m — число слоев в двухфазной области, определяемое линейным размеромчастиц и шириной двухфазной области (см.
рис. 6), P = ∏ p iα ⋅ (1 − p αj+1 ) αjji =1вероятность образования канала со стороны однофазной области α–фазы до j–гослоя включительно, с учетом того, что образование фаз в различных слояхпроисходит независимо друг от друга.α+βα0xαxjβxβxРис.6.
Схематическое изображение каналов взаимной диффузии,образованных зернами одной фазы в двухфазной области слоистой системы.Врезультатеэффективныйкоэффициентвзаимнойдиффузиивдвухфазной области на глубине xj равен:D( x j ) = D α ( x j ) + D β ( x j ) == (D A C αB + D B (1 − C αB ))W jα + (D A C βB + D B (1 − C βB ))W jβ .(5)Здесь D α ( x j ) и D β ( x j ) - коэффициенты взаимной диффузии компонентов поканалам, образованным частицами α– и β–фазы, соответственно.Наосновепредложенноймоделисозданапрограмма,основныефункциональные возможности которой следующие:•предусмотрено наличие трех фаз и двух двухфазных областей на фазовойдиаграмме бинарной системы;- 19 •произвольный температурно-временной режим термической обработки;•определение локальной концентрации компонентов и относительногосодержания фаз на любой глубине слоистой системы и на любом этапетермической обработки;•определение относительных интенсивностей парциальных МС- и КЭМСспектров.С помощью программы проведены расчеты термически индуцированныхпроцессов в бинарных слоистых системах Fe-Be, которые хорошо согласуются сэкспериментальными мессбауэровскими данными (рис.
7).I,%100I,%100α-Fe(Be)80FeBe2+δ806060(а)4020FeBe2+δ(б)4020α-Fe(Be)00024tотж,ч681001020tотж,ч3040Рис.7. Зависимости относительных интенсивностей I парциальных КЭМСспектров для слоистых систем Be(0.6 мкм)-Fe(11 мкм) (а) и Be(1.0 мкм)Fe(11 мкм)-Be(1.2 мкм) (б) от времени tотж последовательного изотермическогоотжига. Кружками показаны экспериментальные данные, сплошными линиями –результаты расчета.Основные результаты и выводы.Впервые методами мессбауэровской спектроскопии на ядрах57Fe спривлечением рентгенофазового анализа проведены исследования термическииндуцированных процессов диффузии и фазовых превращений в слоистыхсистемах железо-бериллий, железо-алюминий и железо-алюминий-бериллий. Врезультате проведенных исследований:1) установленапоследовательностьфазовыхпреобразованийвприповерхностных слоях и объеме исследованных систем;2) обнаружена термическая стабильность фаз в слоистой системе Fe-Be, вкоторойсредняяконцентрацияатомовбериллияпревосходитпредел- 20 растворимости в железе, при этом на поверхности системы содержится восновном β-бериллид FeBe2+δ, а в объеме – насыщенный раствор α-Fe(Be);3) определены характерные времена фазовых превращений в слоистыхсистемах Fe-Be, Fe-Al и термической стабилизации в бинарной слоистой системеFe-Be;4) показано, что направленность фазовых преобразований определяетсяизменением локальной концентрацией компонентов в процессе их взаимнойдиффузии в исследуемых системах и соответствует особенностям фазовыхдиаграмм равновесных состояний бинарных систем Fe-Be и Fe-Al;5) предложенметодопределенияконцентрацииатомовпримесизамещения в растворе α-Fe по параметрам функции распределения сверхтонкогомагнитного поля на ядрах57Fe, с помощью которого определена концентрацияпримеси как в приповерхностных слоях, так и в объеме исследованных образцов.Для количественного описания термических индуцированных процессовдиффузии и фазовых превращений в бинарных слоистых металлическихсистемах:1) предложенафизическаямодель,описывающаядиффузию,фазообразование и термическую стабилизацию пространственно неоднородногоструктурно-фазового состояния системы;2) осуществленапрограммнаяреализациямодели,позволяющаяколичественно описывать кинетику термически индуцированных процессов влюбой области слоистой системы при произвольных режимах отжига.На основе предложенной модели получено хорошее соответствиерезультатовтеоретическихрасчетовсрезультатамипроведенныхмессбауэровских исследований бинарных слоистых систем, подвергнутыхтермическим отжигам.Основные публикации по теме диссертации.1.
Kadyrzhanov K.K., Rusakov V.S., Turkebaev T.E., Vereshcak M.F., KerimovE.A., Lysitsin V.N., Tuleushev Yu.Yu., Plaksin D.A.. Mössbauer study of thin ironfilm beryllization. // International Conference on the Applications of theMössbauer Effect. ICAME2001. Oxford UK. Programme and Abstracts. T9.8.P.118.- 21 2. Kadyrzhanov K.K., Rusakov V.S., Turkebaev T.E., Kerimov E.A., Plaksin D.A.Mössbauer Study of Thin Iron Film Beryllization. // Hyp.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
