<<
>>

Диффузионные свойства

Интерес к исследованию диффузионных процессов и свойств наноструктурных материалов основывается на целом ряде причин как фундаментальных, так и прикладных. Действительно, в наноструктурных материалах значительную роль играют границы зерен, которые к тому же содержат высокую плотность ВЗГД и находятся в крайне неравновесном состоянии.

В то же время известно, что коэффициент зернограничной диффузии существенно превышает коэффициент объемной диффузии. Тем более он должен возрасти в случае неравновесных границ зерен в наноструктурных материалах, полученных методами ИПД. Далее повышенная диффузия несомненно должна оказывать влияние на протекание процессов возврата и рекристаллизации при нагреве метастабильных наноструктурных материалов. Кроме того, высокие значения коэффициента зернограничной диффузии должны влиять на ход деформационных процессов в объемных наноструктурных материалах.

Диффузионные процессы в наноструктурных материалах, полученных консолидацией ультрадисперсных порошков, были объектом ряда исследований. Полученные данные демонстрируют резкое ускорение диффузионных процессов в этих материалах, однако количественные оценки и интерпретация результатов весьма противоречивы. Предполагается, что это связано с сохранением некоторой остаточной пористости в образцах, а также нестабильностью их структуры в процессе диффузионных экспериментов.

В наноструктурных материалах, полученных методами ИПД, кинетика диффузионных процессов исследовалась в нескольких работах. В частности, были проведены исследования диффузии Си в наноструктурном Ni, имеющем медное покрытие. При этом экспериментально определяли глубину проникновения Си в Ni методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Сравнительные диффузионные эксперименты были проведены при температурах 423 и 523 К в течение 3 ч с использованием как наноструктурного, полученного РКУ-прессованием, так и крупнокристаллического Ni.

При указанных условиях атомы Си не были обнаружены в крупнокристаллическом Ni даже на глубине х = 2 мкм. В то же время диффузионные потоки атомов Си в наноструктурном Ni проникали на глубину более чем 25 и 35 мкм при 423 К и 573 К, соответственно (рис. 73). Приведенный расчет коэффициентов зернограничной диффузии Си в наноструктурном Ni основывается на этих данных. При этом предполагалось, что объемная диффузия практически отсутствует. При 423 К миграция границ зерен в наноструктурном Ni не происходила. Это позволило использовать для расчета коэффициента диффузии уравнение, описывающее изменение концентрации примесей в границах зерен от времени:

C = С0 ег^х/2(Дг01/2,              (36)

где С0 и С — концентрации Си, соответственно, на поверхности образца и на глубине х; t — продолжительность диффузионного отжига.

При вычислении коэффициента диффузии в качестве х удобно выбрать значение, соответствующее достижению концентрации примеси соответствующей разрешающей способности прибора. Значение С0 можно получить экстраполяцией экспериментальной кривой С(х) на значение х = 0. В этом случае коэффициент зернограничной диффузии


Во время отжига при 573 К в наноструктурном Ni происходит рост зерен. Исходя из его кинетики, рассчитали скорость миграции границ зерен в Ni, которая оказалась равной, В этом случае ко

эффициент Дг можно вычислить с помощью уравнения

(37)

Полагая, что диффузия осуществляется вдоль зернограничного коридора ширинойбылополучено значение коэффициента

зернограничной диффузии

Полученные экспериментальные результаты демонстрируют увеличение коэффициента зернограничной диффузии в наноструктурном Ni, по сравнению с крупнокристаллическим Ni.

Эта разница составляет 4—6 порядков.

Повышенная диффузионная проницаемость границ зерен была обнаружена и в других наноструктурных ИПД материалах. Более того, было установлено сильное влияние предварительного отжига образцов на диффузионную проницаемость, и это влияние было обусловлено не только ростом зерен, но, прежде всего, изменением состояния границ зерен, связанным с их переходом в более равновесное состояние. Эти данные указывают на важность дальнейших исследований, направленных на развитие количественных моделей диффузии в наноструктурных материалах. Вместе с тем развитие этих работ должно опираться на развиваемые представления о неравновесных границах зерен. 

<< | >>
Источник: Матренин С.В.. Наноструктурные материалы в машиностроении: учебное пособие. 2010

Еще по теме Диффузионные свойства:

  1. Секретные лекарства шумеров
  2. 1.2 Научные основы процессов пенообразования и пеноустойчивости дисперсных систем
  3. 3.2. Фотолиз р-дикетонатов европия в полимерах. Влияние электронно- донорных свойств лигандов на скорость фотодеструкции комплексов.
  4. Булатные узоры
  5. Секреты булата
  6. Наследники булата
  7. Свободная диффузия воды и ионов через покрытия
  8. Электрокннетнческне свойства и электроосмотнческнй перенос воды через покрытия
  9. Протекторные грунтовки
  10. Влияние концентрации пигмента на защитные свойства грунтовочных покрытий
  11. ЛЕКЦИЯ 4 ВОДОСВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МЯСА
  12. ЛЕКЦИЯ 12 ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЬНОМЫШЕЧНЫХ И РЕСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЯСНЫХ ИЗДЕЛИЙ
  13. Методы получения объемных наноматериалов
  14. Кристаллизация объемно-аморфизирующихся сплавов
  15. Диффузионные свойства
  16. Конструкционные и функциональные материалы
  17. РАЗДЕЛ 3 АМОРФНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
  18. Глава I. Раздел 2. Особенности наноразмерного состояния вещества
  19. Раздел 1. Понятие континуума. Непрерывность и дискретность