Автореферат (1103956), страница 4
Текст из файла (страница 4)
И в этом случае все особенности термически индуцированных процессовфазообразования (временные последовательности фазообразования, относительные содержания образующихся фаз, изменение средней концентрации титана в растворе αTi(Fe)) в обеих слоистых системах, наблюдаемые экспериментально при последовательныхизотермических отжигах, хорошо описываются теоретически в рамках предложенных физических представлений.Система Fe-Zr. Для моделированиятермическииндуцированныхпроцессовдиффузии и фазообразования в слоистыхсистемах Fe−Zr нами выбраны системыα-Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм)иα-Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) с существенно различными толщинами подложек из α-Fe при одинаковыхтолщинах покрытий из Zr. Эти системы бы-803600400400Fe в обра-зующихся фазах от температуры последовательных двухчасовых изохронных термических отжигов для системы α-Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм), которые получены в результате600700800Fe2Zr+Fe3Zr900 1000 1100б3FeZr2FeZr304004020600o800Tann, C1000α-Fe(Zr)Fe2Zr+Fe3ZrFe3ZrFe2Zr0400500600700 800oTann, C900 1000 1100Рис.
4. Экспериментальные (а) и расчетные (б) зависимости относительных интенсивностей I парциальных мессбауэровских спектров для слоистой системы Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) от температуры Tann последовательных изохронныхотжиговпроведенного эксперимента и численных расчетов.151000I, %носительных интенсивностей парциальных57500I, %60На рис. 4 показаны зависимости от-800oTann, C0мессбауэровской спектроскопии и рентге-отжигов [7, 8].6002080довательных изохронных и изотермическихFeZr2FeZr340пыления и исследованы ранее методаминовской дифрактометрии в процессе после-α-Fe(Zr)I, %ли получены методом магнетронного рас- 100мессбауэровских спектров ядераI, %100На рис.
5 представлены экспериментальные и расчетные зависимости относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров (MS), а также зависимостиполученных со стороны циркониевого покрытия относительных интенсивностей рентгеновских дифракционных рефлексов фаз и их относительного содержания в атомных единицах компонентов в области проникновения в систему рентгеновского излучения (X-ray)от времени tann последовательных изотермических отжигов слоистой системы α-Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) при температуре Tann = 900°C.Экспериментально установленные методами мессбауэровской спектроскопии ирентгеновской дифрактометрии последовательности фазовых превращений и относительное содержание интерметаллидов в исследованных слоистых системах Fe–Zr на всех этапах последовательных изохронных и изотермических отжигов показывают хорошее соответствие с результатами расчетов в рамках описанной выше модели, полученных с помощью программы DIFFUSION (см.
рис. 4 и 5).I, %100I, %100MSX-Ray (Zr-side)8080α-Fe(Zr)6040α-Fe(Zr)005Fe2Zr20Fe2Zr06040Fe3Zr20Fe3Zr10 15 20 25 30 35 40 45 50tann, ч0510 15 20 25 30 35 40 45 50tann, чРис. 5. Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) и результаты моделирования (штриховые линии) для последовательных изотермическихотжигов слоистой системы α-Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) при температуре Tann = 900°CЭто позволяет считать, что результаты расчетов и других физических величин, описывающих кинетику процессов диффузии и фазообразования, близки к реальным значениям. В частностиэто координаты x границ образующихся однофазных областей с двухфазными областями(см. рис. 6) в зависимости от времени отжига tann и концентрационные профили циркония ифаз по глубине образца на всех этапах отжига.Расчет показывает, что система α-Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) в отличие от системыα-Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) достигает состояния термической стабилизации при 25 ч отжига,когда координата границы фазы α-Fe(Zr) достигает граничного значения и вся слоистаясистема становится двухфазной.
В этом состоянии слоистая система неоднородна по глубине – со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид Fe3Zr, а со стороны16подложки – насыщенный раствор α-Fe(Zr). Расчет показал, что система α-Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) достигнет состояния стабилизации при временах отжига, превышающих 150 ч.x, мкм6абx, мкм12α-Fe(Zr)α-Fe(Zr)94Fe3Zr + α-Fe(Zr)Fe2Zr62Fe3Zrtstab=25 чFe3Zr0005010 15 20 25 30 35 40 45 50tann, чFe3Zr + α-Fe(Zr)Fe2Zr3510 15 20 25 30 35 40 45 50tann, чРис. 6.
Координаты x межфазных границ в зависимости от времени tann последовательного изотермического отжига при температуре Tann = 900°C в слоистых бинарных системах: α-Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) (а) и α-Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) (б)Система Fe-Sn. Для моделирова-Fe57I, %ния процессов диффузии и фазообразо- 100вания в слоистых бинарных системах Fe–80Sn была выбрана система α-Fe(10 мкм)–60Sn(4 мкм), которая исследовалась ранее40[9–11] методами мессбауэровской спек-20троскопии на ядрах 57Fe и 119Sn в процес-0се последовательных изохронных и изотермических отжигов.I, %10080казаны экспериментальные и расчетные60зависимости относительных интенсивно-40стей парциальных мессбауэровских спек-20тров ядер57Fe и119Sn в образующихсяс экспериментальными данными былипроведены для этой же слоистой системы,подвергнутойпоследовательным100 200 300 400 500 600 700 800β-Sn(Fe)Sn119FeSnFe3Sn2FeSn2α-Fe(Sn)0пятичасовых изохронных отжигов дляАналогичные расчеты и сравнениеFe3Sn20фазах от температуры последовательныхсистемы α-Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм).FeSn2 + FeSn0В качестве примера на рис.
7 по-α-Fe(Sn)100 200 300 400 500 600 700 800oTann, CРис. 7. Экспериментальные и расчетныезависимости относительных интенсивностей I парциальных мессбауэровскихядер 119Sn и ядер 57Fe спектров для слоистой системы Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм) оттемпературы Tann последовательных изохронных отжиговизотермическим отжигам при 550°C и 700°C до 20 ч.17Во всех случаях отжигов в рамках предложенных физических представлений всеособенности термически индуцированных процессов фазообразования, наблюдаемые экспериментально методами мессбауэровской спектроскопии, как на ядрах11957Fe, так и ядрахSn, хорошо описываются теоретически.Расчет показывает, что система α-Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм) при Tann = 700°C достигаетсостояния термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния при 3 ч отжига, когда со стороны покрытия образуется в основном интерметаллидFe3Sn2, а со стороны подложки – насыщенный раствор α-Fe(Sn).В случае изотермического отжига при Tann = 550°C система α-Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм)не достигает состояния термической стабилизации в ходе проведения эксперимента.
Расчет показал, что это состояние будет достигнуто при временах отжига, превышающих 40 ч.При этом со стороны покрытия должен образоваться в основном интерметаллид FeSn, а состороны подложки – насыщенный раствор α-Fe(Sn).Система Cu-Be. Для моделирования термически индуцированных процессов диф-фузии и фазообразования в слоистых системах Cu–Be была выбрана системаCu(10мкм)−Be(2.5мкм), исследованная ранее [12] методами рентгеновской дифрактометрии с обеих сторон образца в процессе последовательных изохронных и изотермическихотжигов. На рис. 8 представлены экспериментальные зависимости относительных интенсивностей I рентгеновских дифракционных рефлексов образующихся фаз, полученных состороны бериллия (Be-side) и со стороны меди (Cu-side), а также рассчитанные зависимости относительного содержания фаз в атомных единицах компонентов в области проникновения в слоистую систему рентгеновского излучения для слоистой системыCu(10 мкм)−Be(2.5 мкм) от температуры последовательных двухчасовых изохронных отжигов и от времени tann последовательного изотермического отжига при Tann = 500°C.Экспериментально установленные методами рентгеновской дифрактометрии с обеих сторон образца последовательности фазовых превращений и относительное содержаниеинтерметаллидов в исследованных слоистых системах Cu–Be на всех этапах последовательных изохронных и изотермических отжигов показывают хорошее соответствие с результатами расчетов в рамках описанной выше модели, полученных с помощью программы DIFFUSION (см.
рис. 8).В соответствии с проведенными расчетами, после 14 ч отжига при Tann = 500°C система достигнет термически стабильного неоднородного по глубине структурно-фазовогосостояния, в котором со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид CuBe, асо стороны подложки – насыщенный раствор Cu(Be).18I, %100аI, %100Cu(Be)806080CuBe60Be-side40бBe-side40CuBe20CuBe20100Cu(Be)20CuBe20Cu-side100Cu(Be)80806060Cu-side4040CuBe20100200300400500600CuBe20CuBe200Cu(Be)0700024681012tann, чtann, чРис. 8.
Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) ирезультаты моделирования (штриховые линии) для последовательных изохронных(а) и изотермических (б) отжигов слоистой системы Cu(10 мкм)–Be(2.5 мкм)Система с тремя изотопами двух элементов57Fe–Ti–Fe(Ti)–57Fe. В качествеслоистой системы с тремя изотопами двух элементов, для которой было проведено моделирование процессов диффузии и фазообразования, была выбрана ранее исследованная[13] методами мессбауэровской спектроскопии (MS и CEMS) и рентгеновской дифрактометрии система57Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм). Эта системабыла получена с помощью магнетронного распыления титана на подложку из раствораFe0.96Ti0.04 с естественным обогащением (2.16 %) железа изотопом57Fe и последующего57термовакуумного напыления железа, обогащенного до 86 ат.% Fe.На рис.
9 представлены экспериментальные и теоретические зависимости относительных интенсивностей парциальных MS- и CEMS-спектров ядер 57Fe, а также зависимости полученных со стороны титанового покрытия относительных интенсивностей рентгеновских дифракционных рефлексов фаз и их относительного содержания в атомных единицах компонентов в области проникновения в систему рентгеновского излучения (X-ray),от времени tann последовательного изотермического отжига при температуре 650°С дляслоистой системы 57Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм).Следует обратить внимание на то, что образец исследовался экспериментально притемпературах значительно ниже температуры отжига – при комнатной температуре.
Приданной температуре коэффициенты диффузии уменьшаются настолько, что диффузией19I, %100можно пренебречь. При этом твердый рас-MSтвор β-Ti(Fe) распадается на α-Ti(Fe) и ин-80α-Fe(Ti)60терметаллид FeTi. При расчете зависимостейна рис. 9 количество всех фаз, в том числе и4020Fe2TiFeTi0количество β-Ti(Fe), пересчитывалось в соответствии с фазовой диаграммой равновесных состояний бинарной системы Fe-Ti сCEMS100Fe2Ti(Ti-side)80температуры отжига на температуру, при которой проводились экспериментальные исследования.604020α-Fe(Ti)0010203040X-Ray100(Ti-side)80Рис. 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
