‘≥зика > ≈ксперемент з досл≥дженн¤ сплаву AqZn

¬ельми суттЇвим Ї питанн¤ про характер розм≥щенн¤ атом≥в р≥зного сорту в сплавах з ближн≥м пор¤дком [8-11].

¬ л≥тератур≥ [4] так≥ модел≥ взаЇмного розташуванн¤ атом≥в, що можуть бути охарактеризован≥ терм≥ном Уближн≥й пор¤докФ: а) гомогенний Ур≥динопод≥бнийФ ближн≥й пор¤док, при ¤кому вс≥ вузли реш≥тки кристалу Ї р≥вноправними ≥ кожен з них може бути обраний за початковий; б) розпод≥л атом≥в у вигл¤д≥ малих областей однакового складу з правильним розташуванн¤м атом≥в на њх границ¤х; в) розпод≥л атом≥в у вигл¤д≥ под≥бних областей з правильно розташованими атомами, що розд≥лен≥ прошарками з неупор¤дкованим розташуванн¤м атом≥в р≥зного сорту; г) розпод≥л атом≥в у вигл¤д≥ аналог≥чних областей, але з поступовим пог≥ршенн¤м правильност≥ при наближенн≥ до перифер≥њ областей; д) розпод≥л атом≥в у вигл¤д≥ субм≥крообластей, що розр≥зн¤ютьс¤ по складу, ступеню та типу пор¤дку. …мов≥рн≥ ≥ пром≥жн≥ випадки.

як показано у [4], р≥вноважний ближн≥й пор¤док визначаЇтьс¤ м≥н≥мумом в≥льноњ енерг≥њ.

Ѕлижн≥й пор¤док виникаЇ за рахунок р≥зниц≥ в м≥жатомних взаЇмод≥¤х, ≥снуючи м≥ж атомами р≥зного сорту в твердих розчинах. “ому проблема взаЇмод≥й, обумовлених ближн≥м пор¤дком, т≥сно повТ¤зана з проблемою м≥жатомних взаЇмод≥й в реальних твердих розчинах, одн≥Їю з найб≥льш фундаментальних проблем ф≥зики конденсованих середовищ.

≈кспериментальн≥ дан≥ св≥дчать про те, що так≥ впливи, ¤к деформац≥¤, опром≥ненн¤, р≥зна терм≥чна обробка, ≥стотно впливають на локальний розпод≥л атом≥в по вузлам реш≥тки. ƒеформац≥¤ приводить до зменшенн¤ ступен¤ ближнього пор¤дку; аналог≥чно впливаЇ факт п≥двищенн¤ температури (але не дл¤ вс≥х сплав≥в). Ѕ≥льш того, ви¤влен≥ випадки немонотонноњ температурноњ залежност≥ окремих параметр≥в α≥. ¬становлена немонотонна зм≥на ступен¤ пор¤дку з температурою загартуванн¤. ÷е ¤вище в багатьох випадках по¤снюють Удоупор¤дкуванн¤мФ в процес≥ гартуванн¤ в≥д високоњ температури за рахунок м≥грац≥њ надлишкових ваканс≥й. ¬и¤влено п≥дсиленн¤ ступен¤ пор¤дку при опром≥ненн≥ при к≥мнатних температурах в CuAl [6].

–етельно проанал≥зувавши численн≥ експериментальн≥ дан≥, автори [6] зобразили таку схему встановленн¤ ближнього пор¤дку в сплав≥ в процес≥ в≥дпалу п≥сл¤ деформац≥њ або ≥нших обробок, наприклад опром≥ненн¤ нейтронами та в р¤ду випадк≥в п≥сл¤ загартуванн¤ [12]. ѕроцес починаЇтьс¤ з≥ зростанн¤ ступен¤ ближнього пор¤дку на перш≥й координац≥йн≥й сфер≥, ¤кий швидше йде в насичених дефектами област¤х кристалу. ѕот≥м в≥н розповсюджуЇтьс¤ на ≥нш≥ координац≥йн≥ сфери. ѕоступово впор¤дкуванн¤ починаЇ йти в неспотворених област¤х кристалу, в ¤ких швидк≥сть дифуз≥йних процес≥в менше, н≥ж у спотворених. ќдночасно йдуть процеси утворенн¤ концентрац≥йних неоднор≥дностей, а також процеси розсмоктуванн¤ дефект≥в, внесених обробкою. ќднак вони в≥дбуваютьс¤ пов≥льн≥ше, н≥ж процес встановленн¤ ближнього пор¤дку, оск≥льки останн≥й повТ¤заний з м≥грац≥Їю атом≥в на значно менш≥ в≥дстан≥. ѕо¤ва областей р≥зного складу та ступен¤ пор¤дку в свою чергу може призвести до зм≥ни енерг≥њ впор¤дкуванн¤, оск≥льки останн¤ повТ¤зана з електронною та сп≥новою взаЇмод≥Їю, що залежить в≥д складу. ÷≥ ефекти особливо в≥дчутн≥ з суттЇво р≥зними ф≥зичними характеристиками компонент≥в. ѕоблизу дефект≥в енерг≥¤ впор¤дкуванн¤ також може в≥др≥зн¤тись в≥д енерг≥њ в неспотвореному твердому розчин≥. ’арактер остаточноњ релаксац≥њ при в≥дпал≥, що визначаЇтьс¤ прагненн¤м в≥льноњ енерг≥њ до м≥н≥муму, буде залежати в≥д дос¤гнутого на початков≥й стад≥њ стану. якщо на ц≥й стад≥њ неоднор≥дност≥ д≥йсно виникли (в достатн≥й к≥лькост≥), то в подальшому енерг≥¤ твердого розчину може знижуватись або за рахунок розсмоктуванн¤ неоднор≥дностей, або внасл≥док зм≥ни типу впор¤дкуванн¤ в де¤ких област¤х розчину (наприклад, по типу сус≥дньоњ фази). ” сплавах з малою швидк≥стю дифуз≥њ останн≥й з цих процес≥в може бути енергетично виг≥дн≥шим, тод≥ неоднор≥дност≥ не будуть розсмоктуватись прот¤гом тривалого часу. ўе нев≥домо, чи завжди в однор≥дному твердому розчин≥ ц≥ неоднор≥дност≥ будуть розсмоктуватись до к≥нц¤. ћожливим насл≥дком вкладу енерг≥њ дефект≥в та неоднор≥дностей може бути по¤ва ближнього впор¤дкуванн¤ по типу фаз, що не спостер≥гаютьс¤ на р≥вноважн≥й д≥аграм≥ стану.

¬ робот≥ [8] були вим≥р¤н≥ параметри α1 та побудована залежн≥сть α1 в≥д температури в≥дпалу дл¤ Cu3Al. ќтримана складна залежн≥сть, повТ¤зана, за думкою автор≥в, з необх≥дн≥стю зб≥льшенн¤ часу дл¤ встановленн¤ д≥йсно р≥вноважних значень ступен¤ ближнього пор¤дку. Ќа приклад≥ NiPt було показано, що α≥ при ≥зотерм≥чному в≥дпал≥ (принаймн≥ п≥сл¤ деформац≥њ) проходить через максимум, ≥ нав≥ть в≥дпал при “=700о— прот¤гом 50 годин не доводить сплав до повноњ р≥вноваги.

“аким чином, необх≥дно в≥дзначити, що дл¤ дос¤гненн¤ пост≥йних значень α≥ при в≥дпал≥ п≥сл¤ деформац≥њ необх≥дно досить багато часу. ¬изначено[6], що α≥ маЇ складну залежн≥сть, що не вичерпуЇтьс¤ простим сп≥вв≥дношенн¤м α≥~1/T. —кладна залежн≥сть α≥ ¤к приклад, подана в [8]. ¬ CuAl ви¤влено аномал≥ю теплоЇмност≥. ÷≥ факти ще раз св≥дчать про необх≥дн≥сть комплексних вим≥р≥в ф≥зичних властивостей ближнього пор¤дку. –≥зн≥ дефекти реш≥тки (ваканс≥њ, дислокац≥њ, дефекти упаковки, тощо) ≥стотно впливають на к≥нетику встановленн¤ ближнього пор¤дку та на структуру розпод≥лу атом≥в в реш≥тц≥, що дос¤гаЇтьс¤ в певн≥ ск≥нченн≥ пром≥жки часу. –¤д процес≥в, що в≥дбуваютьс¤ в однофазних твердих розчинах, ≥мов≥рно Ї аналог≥чними процесам, що в≥дбуваютьс¤ в сплавах, що розпадаютьс¤ поблизу границ≥ розчинност≥. ¬ однофазних твердих розчинах при в≥дпал≥ п≥сл¤ деформац≥њ маЇ м≥сце спр¤мована дифуз≥¤, тому можуть виникнути концентрац≥йн≥ неоднор≥дност≥ та област≥, збагачен≥ (зб≥днен≥) другим компонентом, в ¤ких виникаЇ значний ближн≥й пор¤док. ¬ м≥ру зростанн¤ температури так≥ утворенн¤ можуть розсмоктуватис¤, що супроводжуЇтьс¤ зниженн¤м ступен¤ пор¤дку. ÷≥ ¤вища ≥ обумовлюють складну залежн≥сть ступен¤ пор¤дку в≥д температури ≥ часу.

«начний прогрес в експериментальному досл≥дженн≥ фазового переходу пор¤док-безладд¤ в конкретних сплавах був дос¤гнутий в останн≥ дес¤тил≥тт¤. ƒо тепер≥шнього моменту так≥ переходи були вивчен≥ в приблизно 50 б≥нарних сплавах [13,14]. ќсь основн≥ риси цього переходу [35]. ѕо-перше, це Ї дифуз≥йне перетворенн¤, до того ж дифуз≥¤ на коротк≥ в≥дстан≥ в≥дбуваЇтьс¤ в незм≥нн≥й або майже незм≥нн≥й кристал≥чн≥й гратц≥. ѕо-друге, це Ї конф≥гурац≥йний перех≥д, оск≥льки зм≥нюЇтьс¤ розташуванн¤ атом≥в р≥зного сорту по вузлах кристал≥чноњ гратки. ќбТЇмн≥ зм≥ни, тетрагональн≥ та ≥нш≥ спотворенн¤ гратки, тобто неконф≥гурац≥йн≥ дефекти, п≥дкор¤ютьс¤ конф≥гурац≥йному переходу, наприклад, симетричному. “ому, по-третЇ, параметрами переходу Ї параметри дальнього пор¤дку η. ѕо-четверте, фазовий перех≥д пор¤док-безладд¤ Ї перетворенн¤м м≥ж станом з неповним дальн≥м пор¤дком та ближн≥м. «никненню дальнього пор¤дку передуЇ часткове розупор¤дкуванн¤, а невпор¤дкований стан Ї невпор¤дкованим у розум≥нн≥ дальнього пор¤дку, ближн≥й в ньому завжди маЇ м≥сце.

1.2 ¬плив упор¤дкуванн¤ атом≥в на електрооп≥р сплав≥в

ќсновн≥ законом≥рност≥, що ви¤вл¤ютьс¤ при досл≥дженн≥ електроопору метал≥в та сплав≥в, можна ¤к≥сно зрозум≥ти, беручи до уваги хвильов≥ властивост≥ електрон≥в пров≥дност≥. ≈лектронна хвил¤ утворюЇ в простор≥ потенц≥ал, що Ї пер≥одичною функц≥Їю координат. “ака ≥деальна кристал≥чна реш≥тка не маЇ електроопору.  оли ж кристал≥чна реш≥тка металу або сплаву м≥стить ¤к≥-небудь спотворенн¤, що ведуть до порушенн¤ пер≥одичност≥ потенц≥алу, то зТ¤вл¤Їтьс¤ розс≥¤нн¤ електронних хвиль, що обумовлюЇ електрооп≥р. ≤снуЇ три основних види спотворень кристал≥чноњ гратки, що привод¤ть до по¤ви електроопору: 1) тепловий рух атом≥в; 2) порушенн¤ пер≥одичност≥, повТ¤зане з чергуванн¤м атом≥в р≥зного сорту або на¤вн≥стю ваканс≥й (д≥рок) на вузлах кристал≥чноњ гратки, а також з на¤вн≥стю впроваджених атом≥в, та 3) статичн≥ спотворенн¤ реш≥тки, що повТ¤зан≥ з≥ зм≥щенн¤м центр≥в коливань атом≥в в≥д њх правильних м≥сцезнаходжень.

¬ чистих металах, що не мають статичних спотворень та д≥рок, повинна ≥снувати лише перша з вищезгаданих причин. ¬≥дпов≥дний електрооп≥р металу буде залежати ≥ при абсолютному нул≥ повинен зовс≥м зникнути. ƒруга причина розс≥¤нн¤ електрон≥в, що маЇ м≥сце в неповн≥стю впор¤дкованих металах та сплавах, ¤к≥ мають д≥рки в вузлах та атоми в м≥жвузлових положенн¤х реш≥тки, обумовлюЇ додатковий електрооп≥р, що залишаЇтьс¤ ≥ при “=0о . ƒо цього ж результату веде ≥ на¤вн≥сть статичних спотворень реш≥тки. ≈лектрооп≥р, що залишаЇтьс¤ при “=0о , називають залишковим електроопором. «алишковий електрооп≥р може бути визначений з вим≥р≥в електроопору при низьких температурах та екстрапол¤ц≥њ результат≥в до температури абсолютного нул¤. ¬плив неоднор≥дностей реш≥тки, що повТ¤зан≥ з порушенн¤м пор¤дку в чергуванн≥ атом≥в та статичними спотворенн¤ми, на електрооп≥р при високих температурах, можна досл≥дити, усунувши повТ¤зану з тепловим коливанн¤м атом≥в частину електроопору загартуванн¤м до низьких температур.

≤снують три основних, додаткових, в пор≥вн¤нн≥ з чистими металами, фактори, комб≥нац≥њ ¤ких визначають особливост≥ повед≥нки електроопору при в≥дпал≥, деформац≥њ або опром≥ненн≥ твердих розчин≥в. ѕершим з них Ї зм≥на перер≥зу розс≥¤нн¤ електрон≥в при встановленн≥ або руйнуванн≥ ближнього пор¤дку (зм≥на ∆α≥>0 призводить до ∆ρ>0, та ∆α<0 до ∆ρ<0). ƒругим фактором Ї зм≥на концентрац≥њ електрон≥в пров≥дност≥, що виникаЇ за рахунок зм≥ни електронноњ структури, обумовленоњ перерозпод≥лом атом≥в в кристал≥чн≥й реш≥тц≥ твердих розчин≥в (зм≥ною ближнього пор¤дку, по¤вою чи руйнуванн¤м концентрац≥йних неоднор≥дностей). ѕри цьому зниженн¤ електронноњ концентрац≥њ n* веде до зростанн¤ електроопору ρ ≥ навпаки.

¬ б≥нарних невпор¤дкованих спавах ј-¬ типу зам≥щенн¤ з необмеженою розчинн≥стю компонент≥в залишковий електрооп≥р ρо повинен ≥стотно залежати в≥д складу сплаву. як добавленн¤ атом≥в ¬ до чистого металу ј, так ≥ додаванн¤ атом≥в ј до чистого металу ¬ порушуЇ правильн≥сть кристал≥чноњ реш≥тки ≥ ρо повинне в обох випадках зростати в≥д 0 (дл¤ неспотворених метал≥в), дос¤гаючи максимуму в середн≥й частин≥ концентрац≥йноњ д≥аграми. ƒосл≥дженн¤ сплав≥в Ag-Au р≥зного складу [16] п≥дтверджують це.

јнал≥зуючи повед≥нку ρо (—ј) або ρо (—¬) в сплав≥ ј¬ в л≥тератур≥ [17] пом≥чено дек≥лька ц≥кавих особливостей, ¤к≥ в основному по¤снюютьс¤ впливом дальнього пор¤дку. ÷е, наприклад, по¤ва р≥зких м≥н≥мум≥в поблизу точок, що в≥дпов≥дають стех≥ометричному складу. Ѕула ви¤влена ще така законом≥рн≥сть: що вища температура в≥дпалу, тим б≥льший електрооп≥р, що по¤снюЇтьс¤ меншим ступенем дальнього пор¤дку при б≥льш висок≥й температур≥ [17]. якщо досл≥ди по вивченню температурноњ складовоњ електроопору проводити так, щоб сплав при кожн≥й температур≥ знаходивс¤ в р≥вноваз≥, то зТ¤витьс¤ додаткова зм≥на електроопору, що повТ¤зана з≥ зм≥ною ближнього та дальнього пор¤дку. ѕри температур≥ переходу пор¤док-безладд¤ на крив≥й залежност≥ ρ(“) повинен спостер≥гатис¤ злам, ¤кщо фазовий перех≥д Ї переходом 2-го роду. ” випадку фазового переходу 1-го роду стрибкопод≥бно зм≥нюЇтьс¤ не т≥льки температурний коеф≥ц≥Їнт, але й сам оп≥р.

1.3 ¬плив опром≥ненн¤ швидкими частинками на впор¤дкуванн¤ сплав≥в

Ќов≥ можливост≥ досл≥дженн¤ к≥нетики процес≥в впор¤дкуванн¤ зТ¤вл¤ютьс¤ при вивченн≥ впливу поток≥в швидких частинок на сплави, що упор¤дковуютьс¤. ƒ≥¤ опром≥ненн¤ швидкими частинками р≥зного сорту на сплави Ї р≥зною. ќпром≥ненн¤ може зд≥йснюватись зар¤дженими важкими частинками (протонами, α-частинками, уламками д≥ленн¤ ≥ т. д.), нейтронами, електронами, γ-квантами.

≈лектрони, що отримали енерг≥ю в≥д нал≥таючоњ частинки, в результат≥ взаЇмод≥њ з кристал≥чною граткою в свою чергу передають њй енерг≥ю, що призводить до нагр≥ву кристалу. ѕри опром≥ненн≥ метал≥в електронами останн≥ в≥ддають значну частину своЇњ енерг≥њ саме електронам реш≥тки, а не важким частинкам, на в≥дм≥ну в≥д ≥нших тип≥в опром≥ненн¤. ¬ результат≥ в кристал≥ виникаЇ в≥дносно менша к≥льк≥сть дефект≥в.

¬ област≥ кристала, що знаходитьс¤ поблизу траЇктор≥њ прол≥таючоњ частинки, утворюЇтьс¤ велика к≥льк≥сть дефект≥в, ≥ окр≥м цього в результат≥ вид≥ленн¤ енерг≥њ в ц≥й област≥ спостер≥гаЇтьс¤ значне локальне зб≥льшенн¤ температури, що може нав≥ть призвести до плавленн¤ металу в ц≥й област≥. Ќаступне швидке охолодженн¤ цих областей, ¤к насл≥док теплообм≥ну з ≥ншими частинами кристалу, може привести до ефект≥в, аналог≥чних гартуванню металу у вказаних област¤х в≥д дос¤гнутих при прол≥танн≥ частинки високих температур. ” випадку опром≥ненн¤ упор¤дкованого сплаву в област≥ локального нагр≥ву може виникнути невпор¤дкована фаза, що ф≥ксуЇтьс¤ таким нагр≥ванн¤м.

¬иникненн¤ великоњ к≥лькост≥ надлишкових (нер≥вноважних) дефект≥в кристал≥чноњ реш≥тки може призвести до значного зб≥льшенн¤ швидкост≥ прот≥канн¤ р≥зних тип≥в процес≥в, повТ¤заних з перем≥щенн¤м атом≥в в твердому т≥л≥. « часом м≥жвузлов≥ атоми заповнюють ваканс≥йн≥ м≥сц¤, що веде до додаткового вид≥ленн¤ тепла. «меншенн¤ числа дефект≥в призводить до упов≥льненн¤ вищезгаданих процес≥в.

¬плив опром≥ненн¤ на сплави, що упор¤дковуютьс¤, обумовлений двома причинами. ѕо-перше, локальний нагр≥в може привести до зм≥ни стану упор¤дкуванн¤, ≥ по-друге, дефекти, що виникли при таких температурах, коли вони мають достатню рухом≥сть, будуть прискорювати процес наближенн¤ до р≥вноважного (при дан≥й температур≥) стану сплаву.

≈лектрони з енерг≥Їю 0,5 е¬ створюють зм≥щенн¤ у вигл¤д≥ окремих пар ‘ренел¤, розд≥лених к≥лькома атомними в≥дстан¤ми[17]. –ухлив≥сть ваканс≥й спостер≥гаЇтьс¤ при “>~0,25TM (“ћ Ц температура плавленн¤). ѕри температурах менше 0,6“ћ ваканс≥њ та м≥жвузлов≥ атоми утворюютьс¤ набагато швидше, н≥ж вони можуть в≥дходити на дислокац≥њ, границ≥ зерен та ≥нш≥ стоки. “ому утворюЇтьс¤ њх надлишок по в≥дношенню до р≥вноважноњ к≥лькост≥.

ќпром≥ненн¤ електронами значно прискорюЇ утворенн¤ збагачених Zn зон √≥нТЇ-ѕрестона та р≥вноважноњ β-фази в сплавах AgZn [17].

–езультати розрахунк≥в сегрегац≥њ Zn на поверхн≥ пор в опром≥неному сплав≥ AgZn показали, що ступ≥нь сегрегац≥њ залежить в≥л температури, рад≥усу пори та швидкост≥ атомного зм≥щенн¤ [17].

1.4 ƒ≥аграма стану та де¤к≥ параметри сплаву AgZn.

Ѕагато важливих характеристик, таких ¤к розчинн≥сть, точки плавленн¤, розпаду, фазових перетворень, тощо, можна отримати з д≥аграми стан≥в.

¬≥домо [24], що з б≥льш≥стю легкоплавких метал≥в ср≥бло утворюЇ складн≥ д≥аграми стану з к≥лькома пром≥жними фазами ≥ значними област¤ми твердих розчин≥в на основ≥ ср≥бла. ÷е так≥ системи, ¤к AgAl, AgMg, AgLi, AgIn, AgZn, AgCd, тощо. Ѕагато з цих сплав≥в вже знайшли застосуванн¤ у промисловост≥.

—еред класиф≥кац≥њ сплав≥в першим ≥сторично вид≥леним класом електронних сполук були фази ём-–озер≥ [33]. ÷е досить обширний клас метал≥чних сполук, що утворюютьс¤ в сплавах благородних та перех≥дних метал≥в з простими та пол≥валентними, а в р¤д≥ випадк≥в Ц ≥ на основ≥ пол≥валентних метал≥в. ƒл¤ цих фаз характерне певне число валентних електрон≥в на атом ≥ на початку вони вид≥лен≥ ¤к сп≥вв≥дношенн¤ ём-–озер≥ (е/а = 3/2, 21/13, 7/4). Ќа¤вн≥сть таких фаз визначено ≥ у AgZn.

1	2	3	4	5

Ќазва: ≈ксперемент з досл≥дженн¤ сплаву AqZn
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (1678 прочитано)