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

значения коэффициента

диффузии; при обеднении — за­

вышенные. З а м е д л е н и е диффузии в

тонком

поверхно­

стном

слое

наблюдалось,

например,

д л я ниобия

и

тан­

тала . Отношение Düo/DCil

(коэффициента

диффузии в

объеме

к коэффициенту

диффузии

в слое)

составля­

ло 30.

Н а

рис.

10

и И

приведены

типичные

кривые

[38]

изменения

микротвердости

вблизи

границ

зерен

в

чи­

стом цинке (см. ірнс. 10)

и

в цинке,

содержавшем

в

од­

ном

случае

алюминий,

а

в

другом —- золото

(см.

•рис.

11).

200(20) г

I

150(15) h

100(10)

100

дО 60

40

20

О

20

40 60

60

/00

Расстояние от границызерна, мкм

Рис. 10. Зависимость

микротвердости

[нагрузка

10 мн

(1 Г)]

от

расстояния

от границы

зерна в чистом

цинке

[38]

251(25)

100(10)

150

100

50

0

50

100

150

200

200

Расстояние от границы 3ejHa,Hjn

Рис. П. Зависимость микротвердости Гнагрузка

10 мя

(1 Г)]

от расстояния от границы зерна

в цинке, содер­

жащем

0,01% (ат.) алюминия

(/)

и

золота

(2)

[38]

В

отличие

от равновесной

гиббсовой

адсорбции,

захватывающей

несколько атомных слоев,

неравновес­

ная

сегрегация

наблюдается на

глубинах

порядка не­

отметить, что рост микротвердости

может

наблюдаться

на некотором расстоянии от зоны сегрегации из-за

барь­

ерного эффекта (торможение дислокаций у

зоны) . По ­

этому размер зоны, определенный таким

образом, мо­

жет быть завышен . Более

прямую

информацию

дает

ионная м а со- с п е кт р оск он и я.

Анализ большого числа

измерений п о к а з а л

т а к ж е

нения микротвердости в приграничной зоне ( Я г р — Я 3

) и

коэффициентом

распределения

примеси

между

твердой

и жидкой ф а з а м и вблизи температуры

плавления

рас ­

творителя (коэффициент, /(, определяли

по соответству­

ющей д и а г р а м м е состояния).

Из данных, приведенных в табл. 4, видно, что увели­

чение микротвердости соответствует К<.\,

т. е.

большей

растворимости

в жидкой фазе,

а т а к ж е ,

что корреляция

между знаком

микротвердости

и разницей атомных

раз-

ме.ров

примеси

и растворителя отсутствует (плюс озна­

чает, что размер примеси

больше) .

Поскольку трудно предположить существование жид­

кой прослойки

между

двум-я

кристаллитами

толщиной

в несколько

микрон

и д а ж е

десятков

микрон,

авторы

трактуют указанное

соответствие

как

признак

сильной

связи

между примесью

и

вакансией

(рис. 12),

хотя

для

объяснения

эффекта

увеличения

микротвердости

этого

недостаточно.

Следует

отметить,

что

вакансионный

поток

играет

существенную

роль

при

диффузионном

перемещении,

д а ж е

если

концентрация

вакансий

и

не

отличается

от

П о

полученным им

данным, учет

ваканснонного те­

чения

приводит, например, к увеличению

сдвига меток

в эффекте Киркендалла

примерно на

28%1

в г. ц. к. ре-

щетках и в еще большей

степени в решетках

другого

типа. Влияние

на коэффициент

взаимной

диффузии

меньше, чем на

смещение

( ~ б % ) -

В условиях пересы­

направленный в сторону области

с

повышенным

содер­

жанием медленного

компонента.

К а к

известно,

этот

поток неоднороден:

он стремится

к

нулю на концах

диф ­

фузионной н а р ы

и

максимален вблизи

первоначальной

границы раздела

(в

диффузионной

зоне) . При этом с

одной стороны границы раздела,

со

стороны быстрого

разца (сдвиг меток, эффект

К и р к е н д а л л а )

и

порообра­

зование (эффект

Френкеля)

и соответственно

разделять

Киркендалл-стоки

(краевая

дислокация,

например) и

ты,

например

вакансиояный пробой в ионных кристал­

л а х .

В работе

[115] рассмотрен процесс порообразова­

ных атомов (Си—Zn, A l — Z n ,

N i — C r ) .

П о к а з а н о ,

что

энергия

активации

порообразования

соответствует

энергии

активации

диффузии

растворенных атомов

в

Как отмечалось выше,

вакансионный поток возни­

кает т а к ж е в однородной

системе, если в ней поддержи­

модиффузии вакансий в кристаллах было

предсказано

еще

в

1953

т. Шокли . Л е

Клер

[43]

впервые

четко

ука­

зал

на

роль

в этом процессе источников

и стоков вакан ­

сий,

выделив

два предельных

случая.

В

первом — ско­

рость образования и исчезновения вакансий

бесконечно

велика

(неограниченная

мощность

источников

и

сто­

ков), так что

во всех

точках

концентрация

вакансий

совпадает

с равновесной. В этом случае

всегда

есть

не

равный

нулю

поток вакансий. Во втором

случае — ско­

рость м а л а

(в пределе стремится к н у л ю

при

отсутствии

источников

и

стоков)

и в стационарном

состоянии по так

вакансий равен нулю. Анализ

[44]

показал,

что

экспе­

риментально

определенное

значение

теплоты

переноса

также оказывается разным в обоих случаях.

В

зависи­

мости от типа, плотности и мощности действующих

ис-

точников и стоков поток вакансий может

д а ж е

менять j

знак, в связи

с

чем картина стационарного распределе-

Н І І Я .примеси

в

температурном

поле

совершенно

ме- :

няется.

Значительно

реже

удается

наблюдать

диффузию

в

условиях недостатка

вакансий. Однако возникающие в ;

этом случае

эффекты

представляют

большой

интерес, '

известно,

скорость высокотемпературной

(диффузной- •

ной)

ползучести контролируется

подвижностью

вакан- J

сий

и их

концентрацией (модель Н а б а р р о — Херринга —

Л п ф ш и ц а

[45—47]). Роль источников и

стоков

вакан­

сий

при этом играют дислокации,

движущиеся

некон­

сервативным образом. Однако, как было

показано вы­

ше

(см. т а к ж е [ 4 8 ] ) , дислокационные стенки и

одиноч­

тивными

источниками

и

стоками

вакансий.

При

недо­

статочно

больших

напряжениях

они

могут

оказаться

«запертыми»

и диффузионной

ползучести

не

произой­

д е т — процесс оказывается

пороговым.

Такой

эффект

наблюдали

[49] при изучении

ползучести

фольг

чисто­

го

золота

и

золота,

содержавшего

дисперсные

включе­

ния AI2O3. Во втором случае диффузионную

ползучесть

обнаружили

лишь

при

напряжениях,

больших

0,4—

0,5

Мн/м7

(0,04—0,05 кГ/мм2).

Эта

величина

более

чем

на

порядок

превосходит

пороговое

н а п р я ж е н и е ,

обу­

словленное поверхностным

натяжением .

Б ы л а

изучена

[50]

диффузия

в

нитевидных

кри­

сталлах . М о ж н о было

ожидать,

что образование

вакан­

сий будет затруднено вследствие совершенства

поверх­

ности

кристалла и отсутствия дефектов

внутри

него.

П о

разработанной

методике

исследовали

диффу­

зию цинка в нитевидных кристаллах

.меди. Т а к

как

по­

перечный

размер

нитевидного

кристалла

составляет

всего

несколько микрон,

обычные

методы

д л я

изучения

диффузии

оказываются

практически

непригодными.

Идея

предложенной

методики

заключается в том,

что

верхность нитевидных кристаллов п р е д о т в р а щ а л и

'бла­

годаря тому, что источник представлял собой не

чис-