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

МИКРОСКОПИЧЕСКОЙ АВТОРАДИОГРАФИИ

Декорирование

дислокаций примесями

может

быть

свидетельством не

только

взаимодействия

между

ними,

но и ускоренной диффузии

вдоль дефекта .

Непосредственно процессы преимущественной

само­

тодом

электронномикроскопической

авторадиографии

(Э. А.)

[94, 95]. Этот метод, сочетая

достоинства

автора­

диографии

высокого

разрешения

(разрешение

0,2—

0,3 мкм)

и

электронной

микроскопии, позволяет

на од­

талла и распределение

в ней диффундирующей примеси.

Метод был применен дл я исследования диффузии

при­

месей замещения

(никель) и

внедрения

(водород,

угле­

род) в различных сплавах .

Диффузия

примесей

замещения.

Указанным

методом

исследовали

самодиффузию

N i 6 3

в сплаве

N i + 0 , 1 % Ті.

Ранее было установлено, что при травлении

этого

сплава

в 60%-ной

H 2 S 0 4

при м а л ы х

плотностях

тока

выявля ­

ются ямки

травления

различной

огранки.

Плотность и

легченного, по-видимому, присутствием 0,1%

Tî.

Об­

разцы

сплава дл я стабилизации

дислокационной

струк­

туры

отжигали при 1050°С,

10 ч

и на электрополирован­

ную

(в том ж е электролите

при больших плотностях то­

ка)

поверхность

гальванически о с а ж д а л и слой N i 6

3 тол­

щиной менее 0,1

мкм. Образцы

снова

затем

отжигали

в вакууме при 950°С, 13 ч и

сполировывали

слой

так,

чтобы

активность образца

составляла

0,5—1,0% от ис-

3 Зак. 618

65

средоточены у ограненных ямок травления

(рис. 20). Это

означает,

что

д а ж е

при

высоких

температурах

( ~

0,7 Гпл) дислокационные трубки обогащены

диффун­

дирующими

атомами, т. е. являются

участками

повышен­

ной

диффузионной проницаемости.

Интересные результаты были получены при исследо­

вании аустенито-мартенсптной стали

переходного класса

Х 1 6 Н 6 ( С Н 2

А ) .

Б ы л о

замечено,

что

термодиффузионное

сплаве. Образцы стали'Насыщали

N i 6 3

до с л о я толщиной

около

0,1 мкм, затем

их

отжигали

в

вакууме ;(1050°С,

30 мин)

и з а к а л и в а л и

в

воде. После

сполировывания на

рестности. Структурная

неоднородность — наличие

дис­

локаций, границ зерен

ведет к обогащению

их никелем,

т. е. к химической неоднородности. При этом

мартенсит-

ная точка обогащенных дефектных участков

понижается

и при

з а к а л к е стали

переходного класса эти

участки

ос­

таются

аустенитными,

опять возникает структурная

(фа­

чения возрастают. Диффузионные измерения были

осу­

ществлены

с

помощью

N i 6 3 [60—62]. Гинзбургом

мето­

дом электронномикроскопической

авторадиографии

бы­

ло

показано,

что N i 6 3 в диффузионной зоне локализуется

на

границах

субзерен.

Методика

исследования

заклю ­

чалась в

следующем.

Поликристаллический

образец

отжига при

1050°«С,

20 ч гальванически покрывался

вольфрамом .

З а т е м

образцы снова

отжигались при

900° С 20 ч и

покрытие удалялось . В

процессе .объемной

Подобный эффект д л я

случая

диффузии

вольфрама в

железе был

отмечен

в

работе

[110].

После

насыщения

вольфрамом

о б р а з е ц

покрывали тонким с л о е м — 0 , 1

мкм

N i 6 3

и отжигали

при

достаточно

низкой

температуре

(600° С, 210

ч),

чтобы

не

изменить

полигонизованную

структуру и

обеспечить

предпочтительную

диффузию

вдоль поверхностей раздела . После

диффузионного

на­

сыщения покрытие сполнровывалось. Исследование

ме­

тодом Э. А. показало,

что

диффузия

идет

предпочти­

тельно по развитой сетке субграниц

(рис. 23), а коэф ­

фициент самодиффузии

N i 6 3

в

образце,

подвергнутом

полигонизации, в 1,5—2

раза

выше,

чем до

полигониза-

ции

(данные

по

коэффициентам

диффузии

получены

абсорбционным

методом) . Таким

образом,

субграницы

шенной

диффузионной

проницаемости,

а

рост

коэффи ­

циента

самодиффузии

о т р а ж а е т

в к л а д

дополнительных

диффузионных потоков

вдоль

дислокаций

по

малоугло­

вым границам . Причина увеличения

диффузионной

подвижности заключена, по-видимому, именно в

струк­

турных

изменениях,

а не

в изменении состава

металла

в результате

диффузионного

насыщения

вольфрамом,

поскольку, по Д а р к е н у

легирование никеля

вольфрамом

должно не повышать, а уменьшать коэффициент

само­

диффузии никеля. Это

убеждение находится

в

согласии

с данными,

полученными

при

термоциклировании:

об­

разец никеля подвергался циклической тепловой

-обра­

ботке в

интервале

900—1000°С

(250

циклов) .

В

ре-

ше упругие

и с к а ж е н и я ,

обусловленные различием в

свойствах атомов матрицы и диффундирующего

веще­

ства. Если

н а п р я ж е н и я

превосходят

стартовые,

необхо­

димые для

генерирования источников

размножения дис­

вает образование дислокаций, а

дислокации в

опреде­

ленных условиях ускоряют диффузию .

Возникновение

дислокаций в

результате

диффузии

отмечалось

в различных материалах — в

металлах,

ион­

ных кристаллах, полупроводниках [62, 100].

В

металлах

дислокации

наблюдались

при

исследо­

вании

взаимной диффузии

в п а р е

.медь — латунь

(Ду и

Б а л л у ф ф и ) ,

при насыщении а - железа серой

вблизи

границ зерен (Стенли), при насыщении

ж е л е з а

индием

перед

фронтом

диффузии

(Криштал, Степанова) . В

пос­

леднем случае

регистрировалось

уменьшение

плотности

дислокаций по мере удаления их от поверхности.

Сред­

няя плотность

по я м к а м травления

была

'Ю9

см~2

при

насыщении

ж е л е з а

индием

[52] . В

результате

большого

различия в

атомных

д и а м е т р а х ж е л е з а

и

индия

вблизи

поверхности возникла дислокационная сетка. Более

де­

тально этот

процесс

исследован

на

полупроводниках,

где образование дислокаций было замечено,

например,

при диффузии

фосфора и бора в бездефектном

кремнии,

а т а к ж е в

германии.

Пруссин

[100]

рассмотрел

условия

возникновения

напряжений

в

процессе диффузии

д л я

случая

постоян-