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

зерен, а

в ванадии — в объеме зерна.

И з

сравнения

расчетных и опытных данных авторы сделали

вывод,

что в последнем случае действует межузельный

меха­

низм диффузии .

При

исследовании диффузии в ж е л е з е

растворимых

(никель)

и практически <не растворимых

(индий)

элемен­

тов с

помощью послойного

локального

спектрального

и электронномикроскопического

анализов

[141]

обна­

ружено, что никель

диффундирует

по

границам

зе­

рен и

блоков. Б о л ь ш а я разница

в

р а з м е р а х атомов

железа

и индия обусловливает

при диффузии

послед­

него возникновение

больших

напряжений

и

образова ­

ние сетки дислокаций.

Изучена [153] с а м о д и ф ф у з и я

углерода С 1 4

в

кар­

активации

процесса — большая:

504—546

кдж/г-атом

(120—130

ккал/г-атом):

[для HfC —546,8

кдж/г-атом

(—130,2

ккал/г-атом)

] , т. е. того

ж е порядка,

что и

энергия

активации самодиффузии

тугоплавких

метал­

щих атомов — произведение коэффициента

граничной

диффузии

на ширину границы £>г р о. -При

этом ширину

границы

в диффузионных расчетах из-за

отсутствия

равной «кристаллографической

ширине», т. е. 5 - Ю - 8 см.

(например,

в

модели Ф и ш е р а ) .

Эта

величина

близка

к

полученной

с помощью

ионного

проектора

0,2—

0,3

нм (2—ЗА).

О д н а к о

в других моделях

на

основе общих соображе ­

значений в о'бъеме зерна, различна

д л я

разных

свойств:

структуры, фазового

и химического

составов,

травимо -

стн, испаряемости,

микротвердости

и,

наконец, диф ­

равновесной зернограничной

сегрегации

составляет

около микрона [38], т. е.

на

несколько порядков

больше.

Диффузионную ширину границ

зерен

исследовали

неравновесной сегрегации

на

диффузионные

характе ­

ристики). Проникновение

N i 6 3

по высокоугловым гра­

должительность диффузионного

отжига составляла до

210

ч. На некотором

расстоянии

от

поверхности

образ ­

ца

диффундирующие

атомы были

расположены

преи­

мощью

контактной авторадиографии .

Д а л е е ,

методом

электронномикроскопической авторадиографии

иссле­

довали

' Ш и р и н у границы в зависимости

от температуры

На рис. 39 приведена авторадиограмма - реплика

по­

сле

диффузионного отжига

при 1000°С. Д и ф ф у з и я

N i 6 3

локализована в широкой

приграничной

зоне — не­

сколько микрон. Проявленные эмульсионные

кристал­

лы

(их положения отвечают

расположению

диффунди -

ние диффундирующих

атомов

в .приграничной

области

описывается формулой

Сх/С0

= е-х\

•

где X — расстояние

от границы

зерна, мкм;

С—концентрация

диффундирующих

атомов;

k — коэффициент

(для

.никеля

технической

чисто­

ты 0,4—0,6

мкм~1).

Диффузионную

ширину

границы

принимали

равной

2/k, т е. удвоенному расстоянию от

границы

зерна,

на

котором

концентрация

диффундирующих

атомов

сни­

жается,

по сравнению

с максимальной, в е раз .

Обработка электронномикроскопических

авторадио­

грамм,

характеризующих

зернограничную

самодиффу ­

зию в никеле, показала,

что

диффузионная

ширина

100О°С и меняется в пределах

4—5

мкм, вероятно, в

зависимости от величины угла

разориентировки соседних

зерен.

Зависимость .между диффузионной шириной

грани­

цы и расстоянием от поверхности

определяли

на об­

ковых условиях, а затем сполированных до

различной

активности

(0,05—5%

от

исходной) .

Б ы л о

показано,

что

непосредственно

у поверхности

(на

расстоянии

около 1 мкм)

диффузионная

ширина

границы

возрас­

тает до 8—12 мкм (рис. 40).

В

этой

ж е

работе

было определено

влияние

химиче­

ского состава металла на диффузионную ширину

гра­

ниц

зерен

никеля — влияние

тугоплавких

(W,

В) и

легкоплавких

элементов

(Sn,

Cd, Bi , Pb),

которыми

никель насыщали диффузионным путем.

После

этого

слой

объемной диффузии у д а л я л и

электрополировкой

•и на

поверхность

исследуемых

образцов

осаждали

N i 6 3 .

Самодиффузию

изучали

в интервале

температур

620—1І100°С.

При

насыщении

легкоплавкими

элементами (Sn, Ві,

Cd,

Pb)

наблюдалась

миграция границ

зерен,

исход­

ные

прямолинейные

границы

искривлялись

(рис. 41);

приграничная область, в которой концентрация

олова

выше, травилась сильнее

и неравномерно

и часто

раз -

во) увеличивают Drp

и ô, a тугоплавкие

( в о л ь ф р а м ) ,

наоборот, уменьшают

их. Анализ показал,

что

широкое

автор агиографическое

изображение

диффузионной

гра­

ницы, содержащей радиоактивные

атомы,

не

является

следствием ни авторадиографического р а з м ы т и я , ни

от­

показала, что н а б л ю д а е м а я

-ширина границы ( ~ 5 мкм)

значительно больше

возможного

размытия

( ~ 1

мкм)

и

отсоса в объем ( < 1

мкм).

В пользу независимости

ав­

тор адиографйчеокого

изображения границы

от

отсоса в

объеме 'свидетельствует т а к ж е

постоянство

диффузион­

(600—1100°С). Б о л ь ш а я

щирица

границы

подтвержда ­

ется

т а к ж е

д а н н ы м и

металлографического

исследова­

ния, в а к у у м н ы м и химическим

травлением

и

влиянием

на нее мижролегарования.

М о ж н о предположить,

что н а б л ю д а е м а я

диффузион ­

ная ширина границы связана с

явлением

неравновесной

сегрегации

[Й1, 37].

К а к

было

показано

в

гл.

I , нерав ­

новесная

сегрегация

м о ж е т возникнуть,

если

в

металле

имеется

избыточная концентрация

вакансий

(например,

после

з а к а ж и )

и существует поток

вакансий

к

свобод­

ной поверхности,

границам зерен .и т. д. д л я

установле­

реннего

состояния

металла

(состава,

эффективности

стоков)

и от

внешнего воздействия

(температуры,

про­

должительности

процесса) .

Термическая обработка часто приводит к условиям,

при которых может возникнуть неравновесная

сегрега­

ция. Расчет

[21]

показывает,

что

протяженность

при­

поверхностной и приграничной зон с заметным

градиен­

том концентрации

вакансий составляет

(около

10

мкм),

а области с

заметным

градиентом

концентрации приме ­

с и — в

несколько

раз

меньше. Таким образом,

большая

диффузионная ширина

границы зерна,

ее независимость

от температуры

и

расстояния

от поверхности

образца