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

10-S

(Л)К ооп и -^оеднн

множители

при

кооперативном

и

единичном перемещениях

атомов) .

Таким образом, если кооперативная модель справед­

лива д л я

диффузии вдоль дислокаций

и границ

зерен,

в

металлах

с низкой энергией дефектов упаковки

следует

о ж и д а т ь

аномально

низкого

значения

£>0 с р

и

низкого

D 0 r p / D o o 6 .

. В

металлах,

где

нет

заметного

расщепления

дислокаций, D0

jDoo6

^ 1.

Т а б л и ц а

8

Изменение отношения

DQ

гр

JD0

об

X

Диффун­

Раствори­

Т, "К

ѳд . °к

п

дирующий

тель

элемент

теорети­

эксперимен­

ческое

тальное

Ag

Ag

780

220

3 - 5

ю -

3

Ю -

3

Ag

Au

580

180

2—3

ю -

3

ю - 2

Ag

Си

780

310

2

ю - 2

ю -

5

Sn

Sn

400

160

1

1

0,5

Ni

Ni

1000

390

1

1

10~2 — ю -

2

Со

Со

1000

380

1

1

ю 2

Cr

Cr

1200

480

1

1

ю 2

В табл . 8 сопоставлены экспериментальные и теоре­

тически

рассчитанные значения D,0rp/Doo6

.

Н а б л ю д а е т с я

качественное

соответствие-

Изменение

отношения D0rp/Doo6

д л я

р а з н ы х

металлов

удовлетво­

рительно

согласуется

с

изменениями

энергии

дефектов

упаковки и температуры

Д е б а я .

Следствием

модели

кооперативного

акта

диффузии

по

структурным

дефектам является

т а к ж е

увеличение

сечения

рассеяния

активированного

комплекса

д л я

но­

сителей

тока. Это подтверждается анализом

величин

эффективных

зарядов

серебра

при

межкристаллитном

электропереносе в меди, серебре, золоте.

К а к

указывалось

(см. гл. I I ) ,

Б а л л у ф ф и

на основе

анализа

большого

числа

данных

приходит

к

другому

в ы в о д у — 'О большей вероятности диффузии

в

ядре

ди­

слокаций по вакансионному

механизму.

рального анализа и электронной

микроскопии т а к ж е был

сделан вывод о протекании

зернограничной

диффузии

по ваканснонному механизму.

Д и ф ф у з и ю никеля

в ж е л е з е

изучали т а к ж е

методом

микротвердости [52] .

Д л я

соответствующих

измерений

помощью

эталонов по кривым

микротвердости строили

контуры

равной концентрации.

П а р а м е т р ы зерногранич­

ченные с косых срезов.

Н а образец (например, 1 0 Х Ю Х

Х 2 0 мм) исследуемого

сплава наносится тонкий слой

собления углы косых срезов

варьировали от нескольких

минут до 5—6° с точностью

1—2'.

Глубину насыщения можно т а к ж е определить по ав­

торадиограмме с боковой поверхности образца или ме­

дом снятия слоев с последующим измерением

активно­

сти. (В последнем с л у ч а е , е с л и последовательно

получать

авторадиограммы с поверхности образца, изменение

концентрации в объеме и по границам зерна можно из­

мерить раздельно, не прибегая к

косым

срезам.)

Д л я

указанной цели автор адиопрамму

косого

среза или

па­

0,1086

(30)

M g а

где t — время

диффузионного

отжига;

а — угол

наклона

прямой

зависимости

логарифма

плотности почернения

от квадрата

глубины диф­

фузионного слоя;

q — количество вещества

в тонком слое.

В этом приближении эффективный Drp

не

учитывает

«отсоса» с границ

в

объем,

и

истинный

коэффициент

д о л ж е н быть существенно выше

эффективного. Так как

уменьшающий

эффективную

пограничную

диффузию

отсос возрастает

с ростом

температуры,

эффективная

в основном изменение Drp скажется

на Do-

Д л я более точного определения

Drp методом авто­

рен, граница

м е ж д у которыми

описывается

фазой с

присущими ей равновесными

и

кинетическими

характе­

ристиками- Д и ф ф у н д и р у ю щ е е

вещество распределяется

м е ж д у двумя

ф а з а м и : границей

и объемом зерна. Ниже

приводятся конечные формулы

для расчета коэффициен­

та диффузии

согласно предложенной модели:

0,1086

{х\ — х\)

°rpÔ

Д

об

У,

(33)

Ig S = const - 0,46

Фоб 0

где

5 — плотность почернения

(пропорциональ­

на концентрации);

D,об

и Drp — коэффициенты диффузии в объеме и по

границам зерна;

ô — ширина границы зерна;

t — время диффузионного

отжига;

у— глубина диффузии .

о

В соответствии с [147] принимали

О=50НЛІ(500 А).

В расчетах дл я Drp были получены

следующие

значения:

5,4-Ю-9

(1750°С); 1,3-10"3 (1850°С)

и 2,0-10"8

(1900°С).

20 30

W, . SO

SO 70

80

$й

Толщина

удаленного

слоя, мну

Рис. 38. Зависимость 'плотности почернения границ

зерен / д

(S—50)

на авторадиограммах от толщины удаленного слоя

[80, с. 15] (зер-

иограничная диффузия \Ѵіаъ в молибдене)

Температурная зависимость .коэффициента диффузии

W по границам зерен молибдена

описывалась следую­

щим уравнением:

DrP =

1,1 exp

(— 77 ООО / RT)

см?-сек~К

Отношение Drp/D0e

при указанных

температурах

соот­

ветственно

было: 2100,

1450

и

1200, т. е. с

повышением

температуры

вследствие

более

высоких

значений

Q0 e

[474 кдж/г-атом

(113000 кал/г-атом)],

отношение

падает.

Отношение

энергии

активации

диффузии

W в Mo по

границам

зерен

и в объеме

составляет 77 000/113 000

«

« 0 , 6 8 .

При авторадиографическом

исследовании

погранич­

ной

диффузии

A g n o ,

Sn1 2 4 ,

iNi G 3

в

биюристалле

меди

[190]

с помощью мнкродетектометра

отмечено,

что про­

никновение диффундирующих

атомов

при

низких

тем­

пературах

больше, чем следует

по закону

Аррениуса.

В заключение необходимо упомянуть о предложенном

недавно методе

моделирования

диффузии

примеси

по

границам

зерен

миграцией

стальных

шариков

различ­

магнитное поле,

перпендикулярное плоскости

модели

[138]. Показано,

что атомы при-меси не вносят

заметных

В большинстве моделей граница

рассматривается

как спектр состояний атомов, часть которых

характери ­

зуется большей частотой перескоков,

чем в

идеальной

решетке, и где энергия активации процесса

диффузии

зерна, отобранные ка к наиболее надежны е для

металлов

с г. ц. к. и о. ц. к. упаковкой

[134].

Видно,

что дл я металлов

с г. ц. к. решеткой

отноше­

ние Qrp/Qo6

колеблется в пределах 0,35—0,45;

дл я всех

4 Зак. 618

97