научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ α —> β ПРЕВРАЩЕНИЯ В СИСТЕМЕ PD-IN-RU-H Физика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ α —> β ПРЕВРАЩЕНИЯ В СИСТЕМЕ PD-IN-RU-H»

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, № 1, с. 44-48

УДК 548.571:548.4:539.216

ОСОБЕННОСТИ а ^ р-ПРЕВРАЩЕНИЯ В СИСТЕМЕ Р^п-Яи-И © 2014 г. В. М. Авдюхина, О. В. Акимова, И. С. Левин, Г. П. Ревкевич

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва, Россия

Поступила в редакцию 02.04.2013 г.

Методом прецизионной рентгеновской дифрактометрии проведено исследование фольги сплава системы Рё—1п—Яи после электролитического гидрирования. Обнаружено увеличение рассеивающего объема образца и его многофазный распад в результате а ^ в-превращения. Установлены основные характеристики этого процесса.

БОТ: 10.7868/80207352814010065

ВВЕДЕНИЕ

Одной из фундаментальных проблем физики конденсированных сред является задача, связанная с выявлением механизмов влияния водорода и вакансий, поступающих в матрицу сплава при гидрировании, на его структурное состояние. Это важно, поскольку фазовые превращения, формирование и эволюция дефектной структуры происходят в таких системах и в процессе длительной релаксации. Подобные структурные изменения влияют на стабильность и механические свойства таких систем. Изучение изменения структурного состояния систем позволит, с одной стороны, уточнить и дополнить модель немонотонной структурной эволюции для гидрогенизированных сплавов, предложенную в [1], с другой — подобрать надежные материалы фильтров для получения высокочистого (99.9999%) водорода [2].

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Изучался образец сплава Рё—5.3 ат. % 1п— 0.5 ат. % Яи в виде фольги толщиной 50 мкм. Для изготовления сплава были использованы исходные металлы высокой чистоты: палладий — 99.995 мас. %, индий и рутений — 99.993 мас. %.

Ввиду того что концентрация рутения в образце была небольшой и атомные радиусы палладия и рутения различаются всего на 2%, при определении периода решетки фольги перед гидрированием пользовались прямой Вегарда для сплава Рё—1п [3]. Для анализа данных, полученных после насыщения образца водородом, использовали диаграмму состояния системы Рё—1п—Н [4], поскольку диаграмма состояния для системы Рё—1п—Яи—Н в литературе отсутствует.

Образец в течение 0.5 ч электролитически насыщался водородом (электролит — 4% водный раствор МаБ) при плотности тока 10 мА/см2. По-

сле гидрирования образец хранился в нормальных условиях.

Работа выполнялась методами рентгеновской дифрактометрии с использованием СиХа1-излуче-ния и схемы фокусировки Брэгга-Брентано, что оставляло неизменным объем (V) областей когерентного рассеяния (ОКР), участвующих в образовании любого дифракционного максимума [5]. Однако при данной фокусировке глубина проникновения рентгеновских лучей внутрь образца зависит от угла дифракции. В частности, для исследуемого образца 99% интенсивности линии 111 регистрируется от поверхностного слоя толщиной 3 мкм, а линии 400 — от слоя толщиной 6 мкм.

Шаг сканирования и время измерения в точке выбирались в соответствии с интенсивностью и шириной дифракционного максимума. Обработка экспериментальных спектров проводилась с помощью компьютерных программ Origin и Fityk. Анализировались угловое положение дифракционного максимума, его интегральная интенсивность и ширина на половине высоты. Экспериментальные данные приводились к одному времени измерения.

Дифракционная картина фиксировалась с обеих сторон фольги: со стороны, которая при гидрировании была обращена к аноду (сторона насыщения А), и с противоположной стороны (сторона В). Для стороны В в процессе электролитического гидрирования было характерно наличие двух противоположно направленных потоков водорода: потока, идущего со стороны А, и потока из электролитической ванны.

Определялись нормированные интенсивности (1норм), т.е. экспериментальные значения интенсивности были пронормированы на теоретически рассчитанную интенсивность. Величины нормированных интенсивностей позволяют судить о наличии в образце текстуры, отношение величины /норм для двух порядков отражения от ОКР одной ориентировки — о наличии в исследуемом образце дефектов первого класса (вакансий, микропор, дислокационных петель малого радиуса, зародышей новой

ОСОБЕННОСТИ а ^ в-ПРЕВРАЩЕНИЯ В СИСТЕМЕ Рё-Ти-Яи-Н

45

фазы) и экстинкции [5, 6]. Однако следует заметить, что, имея только два порядка отражения, можно судить лишь о превалирующем влиянии либо дефектов первого класса, либо экстинкции.

Интенсивность дифракционных максимумов при наличии вторичной экстинкции можно описать уравнением

I

норм

1т(

теор

1 - Я16 N2 К12 X3/2

ц \тс у

Кг

теор

8т26

(1)

V.

Здесь N — число элементарных ячеек в единице объема; ц — коэффициент поглощения образца;

— множитель Томсона; X — длина волны

V тс

излучения; / — атомный множитель, Кь — фактор

поляризации: К^(0) =

1 + ео8 2а ео8 26 1 + ео82 2а ео82 26

, где 2а —

угол дифракции для используемого кристалла-мо-нохроматора. Коэффициент g определяет угол мо-

заичности образца: у (^ (у)2 = —). Используя ве-

^ 8п

личины 1н

ь норм для двух порядков отражения, из их соотношения можно найти рассеивающий объем V.

Наличие дефектов первого класса приводит к ослаблению интенсивности. Оно тем больше, чем больше сумма квадратов индексов дифракцион-

П Т ТГ -2М

ного максимума. В этом случае I норм = Ve , где величина М зависит от вида дефектов. И в этом случае, зная 1норм для двух порядков отражения, также можно найти рассеивающий объем.

Если в образце существует несколько фаз, то полный рассеивающий объем определяется суммой рассеивающих объемов этих фаз. При наличии в образце смеси в- и а-фаз объемную концентрацию богатой водородом в-фазы для ОКР данной кристаллографической ориентировки можно найти, воспользовавшись формулой

с в =

V

в

У„ + Vв

(2)

При анализе ширины дифракционных максимумов использовался метод аппроксимаций [5, 6]. Поскольку форма дифракционных максимумов описывается функцией Гаусса, то их уширение (в) рассчитывалось из выражения

р = ТВ

2 2 - в ,

(3)

где В — интегральная ширина дифракционного максимума, в — интегральная ширина эталона. При наличии в образце дефектов второго класса:

в2 =

X

Б ео8 &

+ 16е

(4)

откуда видно, что величина (р2ео82&) должна быть больше для вторых порядков отражения, чем для первых.

Как будет показано ниже, в исследуемом образце существовала четко выраженная текстура с осью [100]: объем ОКР(100) в 7—10 раз больше объема ОКР других ориентировок. В силу этого в исходном (до насыщения) состоянии регистрировались линии 111, 200, 220, 311, 222 и 400. После насыщения регистрировались лишь линии 111, 200, 220 и 400 для |3-фазы и линии 111 и 200 для а-фазы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

На рисунке приведены дифрактограммы для линии 111, полученные до насыщения фольги водородом и в течение 0.2 ч после насыщения. Видно, что в ОКР(111) образовалось большое количество Р-фазы, причем этот результат был вполне ожидаемым [7]. Одновременно наблюдается несколько неожиданных результатов. Первый из них — существенно возросла суммарная интегральная интенсивность, т.е. в процессе а ^ в -превращения увеличился рассеивающий объем ОКР(111). Второй результат — обнаружены два дополнительных дифракционных пика, которые относятся к а-фазе, в которых концентрация индия больше, чем исходная концентрация (5.3 ат. %). Третий результат — ширина дифракционного максимума 111 Р-фазы заметно больше ширины дифракционного максимума в исходном состоянии. Рассмотрим отдельно каждый из полученных результатов.

Изменение рассеивающего объема. В табл. 1 приведены рассчитанные значения 1норм для фиксируемых в эксперименте дифракционных максимумов для обеих сторон фольги до насыщения ее водородом и после образования Р-фазы. Для линий 111, 200 и 220 приведены суммы

(Iнорм.в + 1норм.а), для линии 400 — Iнорм.р. ВВДно

что в исходном состоянии в фольге существует текстура, а также присутствует экстинкция. Образование Р-фазы не привело к изменению этих характеристик, поскольку после гидрирования в образце также существует текстура и наблюдается экстинкция.

В предположении, что экстинкция является вторичной, для исходного состояния были рассчитаны рассеивающие объемы и углы мозаичности для ОКР(111) и ОКР(100). Величину рассеивающего объема для ОКР(110), ввиду того что дифракционный максимум 440 зафиксировать в эксперименте было невозможно, находили, предполагая, что угол у равен среднему углу мозаично-сти: (у) = (1.19 ± 0.03)'. Результаты расчетов представлены в табл. 2.

Для состояния образца после гидрирования для обеих сторон фольги из экспериментальных данных

38.0

38.5

39.0 39.5 29, град

38.0

38.5

в а

39.0 39.5 29, град

Дифрактограммы рефлекса 111, измеренные со стороны насыщения образца водородом: а — исходное состояние фольги; б — состояние в течение 0.2 ч после электролитического гидрирования.

0

можно найти рассеивающий объем и угол мозаично-сти только для ОКР(100) Р-фазы. Для ОКР(111) и ОКР(110) рассеивающий объем был найден в предположении, что угол мозаичности один и тот же для ОКР всех ориентировок и фаз (табл. 2).

Анализ данных, представленных в табл. 2, показывает, что образование Р-фазы привело к увеличению рассеивающего объема для обеих сторон фольги. Увеличение рассеивающего объема означает, что в просвечиваемом объеме образца увеличивается число ОКР, в которых разворот норма-

лей к отражающим плоскостям лежит в пределах угла расходимости первичного пучка. При этом угол мозаичности может как уменьшаться, так и возрастать, оставаясь меньше угла расходимости первичного пучка.

Увеличение объема для ОКР разных ориентировок оказывается разным. Объем 0КР(100) со стороны насыщения практически не меняется, а с противоположной стороны возрастает на 30%. Объем 0КР(110), наоборот, со стороны А возрастает на 60%, а со стороны В — на 17%. Вопрос о

Таблица 1. Нормированные интенсивности до и после гидрирования

Индексы рефлекса, М/ Iнорм, ед-сторона А Исходное состояние Iнорм, ед- сторона А После гидрирования Iнорм, ед-сторона В Исходное состояние Iнорм, ед- сторона В После гидрирования

111 0.138 0.299 (в + а) 0.13

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком