Файл: Бокштейн, С. З. Диффузия и структура металлов.pdf

спмостн внутреннего трения, поскольку

она

обусловле­

на диффузией примесных атомов вдоль

дислокаций

в

переменном

поле

напряжений .

Из теории [65] вытекает, что время релаксации при

достижении

равновесного

распределения т р

связано

с

коэффициентом

диффузии

вдоль

дислокаций

зависи­

мостью

£>д

=

2 І 2 / Т р ,

(17)

где L -

среднее

расстояние

между

точками

закрепле ­

ния

( а т о м а м и ) ,

а с энергией активации диффу ­

зии

по дислокациям (Q s )

и

предэкспоненци-

альным

множителем / ) Д о

зависимостью

lg

(1 / т р ) =

lg ( D f l o

/ 2 L 2 ) - Q Ä / 2 , 3

k T.

(18)

Таким

образом,

энергию

активации

диффузии

по

дислокациям можно определить по наклону

прямой

в

координатах

l g ( l / x p ) —1/7".

Анализ кривой возврата временной зависимости

декремента

колебаний дан в работе [53] .

Наиболее

уязвимым

местом

методики

является

большая

неточность

в определении

размера

дислока -

„, .

ционных

сегментов — ве­

личины LC p. Поэтому ко­

эффициент

диффузии

вдоль

дислокаций

мето­

дом

внутреннего

трения

определяется

приближен ­

но.

Относительная

ошиб­

ка меньше при определе­

5

10 15 20 25 30 35 M Ь5 50 55

нии

энергии

активации

процесса.

ßps/щ

мин

Б ы л а

измерена [53]

Рис.

14.

Временная

зависимость

временная

зависимость

декремента затухания б для спла­

внутреннего

трения

на

ва

Cu+0,005% La

при 220°С

стадии увеличения

декре­

мента

(возбуждение)

и

на

стадии

возврата

в алюминии,

меди

и сплавах

никеля

ях ~

10_ 6 .

П р и м е р н а я

кривая зависимости декремента

от времени

дл я сплава

С и + 0,005% La представлена на

рис.

14.

Т е м п е р а т у р н ая зависимость

времени

релаксации

при

возврате

и возбуждении

описывалась

уравнением

Аррениуса.

Полученные

значения энергии

активации

диффузии

л о дислокациям

менялись

в довольно широ­

ких

пределах:

примерно

от 41,8 до

146,4

кдок/г-атом

(примерно

от

10 000 д о 35 000

кал/г-атом).

Н а п р и м е р ,

для

сплавов

С и + 0 , 0 1 % В

и C u + 0 , 0 1 % La—53, 2 и

149

кдж/г-атом

(12700 и

35600 кал/г-атом).

Значение

энергии

дислокационной

д и ф ф у з и и — 1 2 5 , 5

кдж/г-атом

(30 000 кал/г-атом)

дл я сплава

N i + 0,005%

Zr находится

между значением

энергии

активации

зернограничной

самодиффузии,

полученным

в

работе

[107] —162

кдж/г-атом.

(38500

кал/г-атом)

и полученным

в

работе

[80] — 104 кдж/г-атом

(24800

кал/г-атом).

Энергия активации диффузии но дислокациям в за­

висимости от

атомного

радиуса

диффундирующего

в

медь элемента меняется

по линейному

закону

(рис . 15) .

По

мнению

авторов,

это ^

свидетельствует

о

том, |

I

-

что

механизм

диффузии

£

'

исследованных

примесей 1"

^Е(ЗО)

г,-

Ge

^

вдоль дислокаций

в меди

| [

J i

в

одинаковый

и

носит

ва- § 8Ь(20І\

кансионный

характер

в

I

отличие

от

представле- -к М(Ю)if

1

ний,

развитых

в

работе

^

1

1

1

1

1

о,1(1) оШШШШШШцгр)

Г 7 1 } -

^

Г,НМ(А)

Д л я

расчета

коэффи­

циентов

диффузии

вдоль

Р

и с

1 5 3 а в и с и м о с

т ь

э н

е р г и и

а к .

дислокаций из амплитуд-

тнвации диффузии

по

дислокаци-

НОЙ зависимости

внутрен-

ям Q от атомного

радиуса диф-

него трения была опреде-

Фундирующего

в

медь

элемента

лена

величина

дислока­

ционного

сегмента — L

c .

В

сплаве Cu + 0,01%

L i темпе­

ратурная

зависимость

коэффициента

диффузии

вдоль

дислокаций £ >д=0,04 ехр (—20000/ЯГ).

При

исследовании

диффузии

вдоль

дислокаций

в

меди, ж е л е з е и алюминии методом внутреннего

трения

было замечено,

что возврат

внутреннего

трения

для

трех

различных

металлов

наблюдается

нри

близких

гомологических

температурах

(0,3—0,35 Tsa).

Д л я же ­

леза

при изменении

температуры

от 230 до

320° С

вре­

мя

возврата

уменьшалось

с

S ч д о 30 мин;

у

меди

т а к ое время отмечалось при

130

и 240°С

соответствен­

но, а у алюминия временная

зависимость

наблюдалась

при комнатной температуре .

Методом

внутреннего трения

исследовали т а к ж е

диффузию

германия вдоль

расщепленных

дислокаций,

ненту временной

зависимости

затухания

внутреннего

трения, которая связывалась с перераспределением

ато­

мов растворенного вещества

вдоль

ядер

дислокаций .

Затухание

во

времени

после

снятия

н а п р я ж е н и я

воз­

буждения

происходило в

соответствии с

расчетом

по

экспоненте.

Согласно

полученным

данным

D ° = 0 , 0 1

см2/сек,

(2д=1,26 эв, QH /Qo6—0,7.

По

мнению авторов

работы

[54], отклонение

величины

DR

от

истинной

величины

возможно,

по крайней

мере, « а

порядок из-за

неточнос­

ти

в определении

L c p

(среднее

расстояние

между

точка­

ми

закрепления

в положении

равновесия) ; в расчетное

уравнение

(17) оно входит во 2-й степени.

Р о ж а н с к и й измерял самодиффузию вдоль

дислока­

ций в цинковой фольге, используя электронную

микро­

скопию на

просвет. Коэффициент диффузии

вакансий

рядков больше,

чем коэффициент

объемной

самодиф­

фузии

( ~ 1 0 - 9

и 10~1 9 см2/сек);

последний

получен

экстраполяцией.

В последнее время непосредственное измерение диф­

фузии

вдоль

дислокаций было изящно

сделано Воли­

ным

[116].

Самодиффузию измеряли на

алюминиевой

изолированные

сферические

поры [радиус

10—20 нм

о

(100—200 А) ]

и поры, соединенные с

поверхностью

единичными дислокациями .

Это

были

расщепленные

дислокации с вектором Бюргерса Ь=-—<_[

10і> . В про­

цессе отжига и те и другие поры

с о к р а щ а л и с ь

в резуль­

соединенные дислокацияіми с поверхностью,

сокращались

быстрее. Учитывая разницу в скорости сокращения

изо­

лированных « неизолированных пор, можно

было

оце­

нить перенос вещества вдоль дислокаций.

Предполагая вакансионный механизм диффузии

как

в решетке, так и по дислокациям, авторы

определили

где од — коэффициент

диффузии вдоль

дислокаций;

Л д — площадь ядра

дислокаций;

|д—- температурно

зависимый фактор

корреляции

для самодиффузии по дислокациям с помощью

вакансионного механизма .

Д и ф ф у з и я

подчинялась

зависимости

Аррениуса

£д=А>

exçi—QxIRT).

Энергия активации самодиффузии алюминия состав­

ляла 1,36-Ю-1 9 дою (0,85 эв),

a Q„/Q O 6~0,6 .

Б ы л а

изучена [101]

самодиффузия в

монокристалле

серебра

A g u 0

по дислокационным трубкам

в

интервале

258—448° С методом

снятия

химическим

путем

тончай-

10 нм

о

ших слоев ~

(100А).

Определенная

из

низкотем­

диффузии, равная 75,4

кдою/г-атом

(18000

кал/г-атом),

согласуется

с

результатами,

полученными

в

работе

[66] — 82,5 кдоіс/г-атом

(19700

кал/г-атом) при

исследо­

вании диффузии вдоль

мало - и

среднеугловых

границ

наклона

(см . гл . I I I ) . В

согласии

с

результатами

этой

работы

находилось т а к ж е значение

коэффициента

диф ­

фузии вдоль

дислокаций D =

1,2-10— 1 2 см2/сек

(258°С) .

Вуттиг и Бирнбаум

[62] изучали

самодиффузию

ни­

келя в тонких

монокристальных

образцах,

с о д е р ж а щ и х

краевые

дислокации в направлении

[211]

перпендику­

лярно к поверхности. Плотность дислокаций

составляла

~ Ю - 7 см~2,

расстояние

между

ними

было ~

3 мкм;

сле­