Изучение кинетики упорядочения в деформированном сплаве Cu 22 ат. % Pt Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 548.734:539.261

ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ УПОРЯДОЧЕНИЯ В ДЕФОРМИРОВАННОМ СПЛАВЕ Cu - 22 ат. % Pt

© С.В. Старенченко, И.П. Замятина, В.А. Старенченко, Э.В. Козлов

Россия, Томск, Государственный архитектурно-строительный университет

Starenchenko S.V., Zamyatina I.P., Starenchenko V.A., Kozlov E.V. A study of ordering kinetics in deformed alloy Cu -22 at. % Pt. The article looks at ordering kinetics. Dependencies of the long-range order parameters, the anti-phase domains sizes, the lattice parameters, the micro-distortions with annealing time are obtained. Activation energies of the anti-phase domains growth in deformed and undeformed alloys are determined. The comparison of the processes of the anti-phase domains growth in deformed and undeformed alloys shows that the rate of the anti-phase domains growth in the deformed state exceeds the rate of the anti-phase domains growth in the undeformed alloy at the same temperature. Different ordering mechanisms are realised in the anti-phase domains growth in the deformed and undeformed alloys.

Особенности установления дальнего атомного порядка в сплавах при различных условиях представляют интерес. Если кинетика упорядочения термически ра-зупорядоченных материалов изучалась в экспериментальном и теоретическом аспектах, то влияние деформации на кинетику упорядочения практически обойдено вниманием. Имеется небольшой перечень работ, в которых рассмотрены некоторые задачи, связанные с процессами упорядочения деформированных материалов [1-5].

Имеющиеся в литературе данные показывают, что закономерности и общие черты кинетики упорядочения деформированных сплавов не определены, а полученные в разных работах результаты противоречивы. В связи с этим необходимо было провести исследование, цель которого заключалась в выяснении и подтверждении таких фактов, как сравнение скорости роста антифазных доменов и скорости установления дальнего порядка в деформированных и недеформированных сплавах, особенностей процессов упорядочения, происходящих в них.

1.0

o.a

0.6

П

0.4

0.2

''"' 0 1 2 3 4 5*103

1, мин

Рис. 1. Зависимости параметра дальнего порядка от времени изотермического отжига деформированного и недефор-мированного сплава Си - 22 ат. % И

0.3696

0.3692

2

I

, 0.36aa го

0.36a4

0.36a0

Рис. 2. Зависимости параметра решетки от времени изотермического отжига деформированного и недеформированного сплава Си - 22 ат. % И

Для этого в настоящей работе методами рентгеноструктурного анализа изучена кинетика упорядочения и роста антифазных доменов (АФД) в деформированном и не-деформированном сплавах Си - 22 ат. % К.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Сплав Си - 22 ат. % К выплавлен в атмосфере аргона и гомогенизирован высокотемпературным отжигом. Для исследования приготовлены образцы в виде прокатанных пластинок толщиной 0,47 мм. Рентгеновские съемки проводили при комнатной температуре на дифрактометре ДРОН-1,5 с использованием Ее Ка излучения, монохроматизированного на первичном пучке пиролитическим графитом.

Для определения средних размеров антифазных доменов, областей когерентного рассеяния, микроискажений кристаллической решетки по методике, изложенной в работе [6], физическую ширину сверхструк-турных и основных рефлексов определяли методом аппроксимаций. Степень дальнего порядка п измеряли по отношениям интенсивностей 1сс сверхструктурных рефлексов (100), (110) к интенсивностям /осн основных рефлексов (200), (220), соответственно, с учетом необходимых факторов, таких как фактор повторяемости Р, угловой множитель Ф, структурный фактор Р.

П2 = /сс(РФР2)осн//осн(РФР2)со .

t, мин

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Кинетика упорядочения деформированного сплава. Для изучения кинетики упорядочения в деформированном сплаве разупорядоченное состояние сплава Cu - 22 ат. % Pt получили следующим способом: предварительно упорядоченный сплав деформировался холодной прокаткой до степени деформации є = 0,75. После такой обработки в материале возникло разупорядоченное состояние [7] с присутствием большого количества дефектов разного типа. В материале существуют микроискажения Ad/d = 2,8-10-3, а области когерентного рассеяния ^ОКР> ~ 100 нм. Сплав представляет напряженный твердый раствор с параметром решетки а = 0,3693 нм. На дифракционной картине в положениях, соответствующих сверхструктурным рефлексам дальнего порядка, присутствуют слабые диффузные максимумы ближнего порядка, соответствующие микродоменам с размерами ~1,7 нм.

Разупорядоченные деформацией сплавы изотермически отжигались при температурах 310, 530° С, в результате этого в сплаве возникает упорядоченное состояние. Зависимости изменения параметров дальнего порядка, параметров решетки с течением времени представлены на рис. 1, 2. Кроме процессов упорядочения и роста доменов в сплаве происходит отжиг дефектов, приводящий к снятию микроискажений кристаллической решетки (рис. 3).

Нужно отметить, что процесс упорядочения деформированного сплава характеризуется неоднородным ростом антифазных доменов. На фоне большого количества мелких доменов <D>H ~ 6 нм появляется определенная доля крупных доменов <0^ ~ 50-60 нм, размеры которых существенно отличаются от средней величины доменов <D><,p ~ 20 нм. На рис. 4 представлены зависимости размеров АФД от времени отжига. В [8] показано, что рост доменов при упорядочении сплавов описывается законом <D> = ktn + <D<,>. Из зависимостей ln <D> от lnf для сплава Cu - 22 ат. % Pt следует, что кинетика роста антифазных доменов в деформированном сплаве описывается законом роста, при котором показатель n = 0,31 (рис. 4). Энергия активации роста доменов первоначально деформированного образца Q^ ~ 0,12 0,19 эВ/ат. Низкие значения

энергии активации роста доменов свидетельствуют о существенной роли миграции вакансионных комплексов и межузельных атомов, а также движения дислокаций в механизме роста антифазных доменов в деформированном сплаве.

Кинетика упорядочения недеформированного сплава. Исследуемый сплав отжигали в течение 1 ч при 800° С и закаливали в воде. В результате этого в сплаве реализуется ГЦК структура с параметром решетки а = 0,36927 нм, микроискажениями, обусловленными закалочными явлениями, A d/d = 0,4-10-3 и кристаллитами размерами более 1000 нм. После такой обработки сплав Cu - 22 ат. % Pt упорядочивался при температурах 530, 620° С в течение длительных промежутков времени до установления равновесного состояния. После 5 мин отжига при 530° С возникли упорядоченные АФД размером около 5 нм, которые возрастают до 100 нм за 85 ч. Процесс роста доменов ускоряется при 620° С, (8 нм) и после 17 ч отжига при этой температуре домены достигают своего максимального

Рис. 3. Зависимости микроискажений от времени изотермического отжига деформированного сплава Си - 22 ат. % И

1, мин

Рис. 4. Зависимости размеров АФД от времени изотермического отжига недеформированного и деформированного сплава Си - 22 ат.% Pt

размера ~ 110 нм. Анализ зависимостей <Б>(Г) показывает, что в уравнении роста показатель п = 0,45, начиная с 100 мин при 530° С, и п = 0,48 - с 45 мин при 620° С (рис. 4). Это свидетельствует о том, что после этих времен отжига осуществляется механизм коалес-ценции доменов. Энергия активации роста доменов QD ~ 0,7 + 0,8 эВ/ат для <Б> до 20 нм, для <Б> >20 нм энергия активации QD находится в пределах от 0,9 до

0.95.эВ/ат. Полученные значения энергии активации роста доменов позволяют полагать, что на начальных этапах роста доменов активируются процессы миграции закалочных вакансий, а в дальнейшем рост доменов связан с генерацией вакансий при изотермическом отжиге.

Сравнивая процессы роста антифазных доменов в деформированном и недеформированном сплавах, следует отметить следующие моменты. Изотермический отжиг недеформированного и деформированного сплава при температурах 310, 530, 620° С выявляет особенности формирования дальнего порядка и роста анти-фазных доменов в сплаве Cu - 22 ат. % Pt. Во-первых, при одной и той же температуре скорость роста доменов в деформированном сплаве заметно превышает скорость роста доменов в недеформированном сплаве, т. е. в деформированном сплаве рост антифазных доменов облегчен. Во-вторых, кинетика роста антифаз-ных доменов в деформированном и недеформирован-ном сплавах описываются разными законами роста. В-третьих, значительно ниже энергии активации

роста доменов в недеформированном материале. Следовательно, разные механизмы реализуют рост анти-фазных доменов в деформированном и недеформиро-ванном сплавах. Структура ближнего порядка в деформированном и недеформированном сплавах отличаются, а именно: ближний порядок в деформированном состоянии проявляет элементы дальнего порядка в большей степени [9], чем в недеформированном. Поэтому можно полагать, что разные механизмы упорядочения в деформированном и недеформированном сплавах связаны со структурой ближнего порядка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ling Fu-Wen, Irani R.S., Cahn R.W. Ordering kinetics of cold-worked NijMo // Material Science and Engeneering. 1974. V. 15. Р. 181-186.

2. Goeminne H., Perre G., Hens R., Plannen J. Formation and growth of the Cu3Au II in deformed matrix // Acta Met. 1974. V. 22. Р. 725-731.

3. Corey C.L., Potter D.I. Recovery processes and ordering in Ni3Al // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. Р. 3894-3900.

4. Jaumot F.E., Savwatzky. An isotermal anneal study of quenched and cold-worked copper-palladium alloys // Acta Met. 1956. V. 4. Р. 118-126.

5. Ward A.L., Mikkola D.E. A diffraction study of the annealing of cold-worker Cu3Au // Met. Trans. 1972. V. 3. Р. 1479-1485.

6. Williamson G.K., Hall W.H. X-ray line brodering from filed aluminium and wolfram // Acta Met. 1953. V. 1. Р. 22-31.

7. Старенченко С.В., Замятина И.П., Старенченко В.А., Козлов Э.В. Исследование деформационного нарушения дальнего порядка в сплаве Cu - 22 ат. % Pt // ФММ. 1998. Т. 85. Вып. 2. С. 122-127.

8. Радмэн С. Превращение порядок-беспорядок (п-б) и дефекты облучения // Интерметаллические соединения. М.: Металлургия, 1970. С. 317-351.

9. Старенченко С.В., Сизоненко Н.Р., Замятина И. П., Старенченко В. А., Козлов Э. В. Влияние деформации на структуру упорядоченного и разупорядоченного сплава, близкого к Au3Cu // Порошковая металлургия. 1997. № 3/4. С. 33-37.