научная статья по теме СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОТЖИГЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СПЛАВА PD–25 АТ. % NI Физика

Текст научной статьи на тему «СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОТЖИГЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СПЛАВА PD–25 АТ. % NI»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2009, том 108, № 5, с. 475-481

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ^^^^^^^^^^ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ

УДК 669.234'24:538.911

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОТЖИГЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СПЛАВА Ра-25 ат. % N1

© 2009 г. П. В. Петренко, А. В. Гаврилюк, Н. П. Кулиш, Н. А. Мельникова, Ю. Е. Грабовский

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, физический факультет 03680, ГСП, Киев-127, просп. Акад. Глушкова, 2, Украина Поступила в редакцию 28.03.2007 г.; в окончательном варианте - 17.03.2009 г.

Методом рентгеновской дифрактометрии и остаточного электросопротивления изучены характер ближнего упорядочения и тонкая кристаллическая структура деформированного при комнатной температуре твердого раствора Рё-25 ат. % N1 и их изменение при изохронном отжиге. Показано, что в деформированном сплаве существует ближний порядок, строение которого не соответствует сверхструктуре Ы2. При отжиге сплава характер упорядочения не изменяется. Рассмотрены возможные физические процессы, обуславливающие немонотонное изменение при отжиге параметров ближнего порядка и тонкой кристаллической структуры, а также остаточного электросопротивления.

Ключевые слова: ближнее упорядочение, остаточное электросопротивление, сплавы Рё-№.

РЛС8 81.40.-г,81.40.БГ

ВВЕДЕНИЕ

Исследованию корреляционных эффектов в макроскопически однофазных твердых растворах (как теоретиками, так и экспериментаторами) уделяется значительное внимание, поскольку они существенно влияют на электронную структуру, физические и механические свойства сплавов (напр. [1-5]).

В настоящее время, подавляющее большинство результатов по ближнему упорядочению, приводимых в литературе, получены для сплавов либо с ограниченной растворимостью, либо таких, которые характеризуются дальним упорядочением. В таких системах ближний порядок неоднороден. В системах с неограниченной растворимостью, в которых дальний порядок не наблюдается, процессы ближнего упорядочения менее изучены, хотя, на первый взгляд, в них ближний порядок может быть однородным. Примером такой системы являются сплавы Р^№.

Палладий при сплавлении с никелем во всей области концентраций и температур образует непрерывный ряд твердых растворов [6, 7]. Дальний порядок в сплавах Р^№ не найден. Однако, на монокристаллических [8] и поликристаллических [9] образцах методом дифракции рентгеновских лучей в них обнаружен ближний порядок. Согласно [8], его строение связано с образованием локальных упорядоченных разветвленных кластеров в виде

стержней, которые ориентированы параллельно осям (100) и лежат в плоскостях {100}. Максимальная степень ближнего порядка достигается при длительном отжиге в области температур 370-490°С. При закалке сплавов от температур 600°С и выше ближний порядок не наблюдали.

По данным [9], в сплавах Р^№ стехиометриче-ских составов существуют мелкодисперсные области с высокой степенью упорядочения по типу Р^№ и PdNi3, соответственно. В отличие от [8], в указанной работе отмечается, что характер упорядочения и его величина остаются неизменными в области температур от комнатной до 700°С. Подчеркнем также, что в равновесном состоянии параметры ближнего порядка, полученные в работах [8, 9], не совпадают не только по величине, но даже по знаку.

Сверхструктурные отражения от пленочных монокристаллических сплавов палладия с 15 и 85 ат. % N1 были обнаружены электронно-дифракционными методами [10]. Температура перехода порядок-беспорядок для указанных сплавов составляла около 750 и 800°С, соответственно.

Предположение о наличии структурно-фазовых превращений при нагреве сплавов Pd-Ni высказывали ряд авторов на основании косвенных исследований: теплоемкости [11], магнитострикции [12], гальваномагнитного эффекта [13]. В то же время температурные зависимости электросопротивления и термоэдс, в том числе и для сплавов стехио-

метрических составов, являются гладкими (кроме изломов, связанных с магнитным разупорядочени-ем) [14, 15].

Таким образом, имеются существенные расхождения относительно характера упорядочения и температурных границ существования ближнего порядка. Очевидно, основной причиной этого считается то, что в твердых растворах изменение конфигурационной энергии при упорядочении будет малой [8, 10], а энергия активации взаимодиффузии - большой [16], и поэтому процессы ближнего упорядочения протекают медленно, т.е. для достижения равновесного состояния требуются большие времена отжига [8, 17]. Наиболее вероятной причиной указанных разногласий в результатах, как нам представляется, является то, что при исследовании этих сплавов изучали образцы, находящиеся в различных состояниях.

Ускорить диффузию, и тем самым стимулировать процессы упорядочения, как известно, можно путем введения неравновесных дефектов облучением при низких температурах, либо холодной пластической деформацией. Нами использовалась пластическая деформация при комнатной температуре большой степени, при которой в твердом растворе одновременно с введением неравновесных дефектов можно, как правило, получить минимальную степень ближнего порядка. Известно, что при отжиге деформированных сплавов на основе палладия, характеризующихся подобно сплавам Р^№, неограниченной растворимостью, эффекты, связанные с упорядочением, очень большие. Так, для твердых растворов Pd-Cu электросопротивление изменяется в несколько раз [18].

Целью данной работы - исследование структурного состояния и его изменения при изохронном отжиге деформированного при комнатной температуре стехиометрического сплава Pd-25 ат. % N1. Для решения поставленной задачи были выбраны: метод дифракции рентгеновских лучей, включая диффузное рассеяние [1], измерения и остаточного электросопротивления [2], как один из наиболее структурно чувствительных методов.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Сплав Pd-25 ат. % № (по шихте) выплавляли в дуговой печи в атмосфере аргона из палладия и никеля чистотой 99.99%. После нескольких переплавов сплав гомогенизировали при температуре 800°С в течение 100 ч. Из заготовки холодной ковкой, прокаткой или волочением через фильеры получали пластинку толщиной 0.3 мм и проволоку диаметром 0.3 мм, которую затем прокатывали в ленту до толщины 0.1 мм. Величина деформации

составляла не менее 90%. Ленту использовали для измерения остаточного электросопротивления (ро).

Изохронный отжиг образцов проводили в атмосфере аргона в течение 20 мин при каждой температуре. Шаг увеличения температуры равен 30°С, время выдержки - 20 мин, таким образом средняя скорость нагрева составляла примерно 2°С/мин. Охлаждение образцов после отжига осуществляли закалкой в воду [19].

Дифракционные отражения регистрировали по точкам с шагом сканирования 0.05°, диффузное рассеяние измеряли между максимумами в области углов 26 от 15° до 120° с шагом сканирования 0.5° и временем наборов импульсов 40 с в монохроматизи-рованном монокристаллом ЫБ ^„-излучении меди.

Микроискажения и размер блоков когерентного рассеяния рассчитывали методом гармонического анализа дифракционных максимумов (200) и (400), параметр решетки - по центру тяжести линий.

Учет теплового диффузного рассеяния, компто-новского, двойного вульф-брегговского и других паразитных рассеяний рентгеновских лучей, перевод интенсивности в абсолютные единицы, а также расчет параметров ближнего порядка и размерного эффекта осуществляли по известной методике [20].

Остаточное электросопротивление измеряли четырехзондовым методом на образцах с постоянной геометрией при температуре жидкого азота последовательно после каждого отжига, в то время как рентгеновские исследования - только, для отдельных температур примерно при той же средней скорости нагрева.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Дифракционные максимумы (111), (200) и (400) для различных термообработок сплава Pd-25 ат. % N1 приведены на рис. 1. На рис. 2 показаны температурные зависимости параметра решетки (кривая 1), размеров блоков когерентного рассеяния (2) и микроискажений (3), а на рис. 3 - остаточного электросопротивления.

Угловые зависимости интенсивности диффузного рассеяния рентгеновских лучей (ДРРЛ) в наиболее информативной области малых углов, обусловленные ближним порядком и размерным эффектом, для разных обработок изображены на рис. 4. Параметры ближнего порядка для четырех координационных сфер, линейного и квадратичного размерного эффекта приведены в таблице.

Как видно из рис. 4 (кривая 1), для деформированного сплава в области малых углов интенсивность ДРРЛ характеризуется максимумом. Отметим, что положение его совпадает с углом, который получен на монокристалле [8] и равняется 26 = 17.4°.

105 106 107 108 109 110 20, град

Рис. 1. Дифракционные максимумы (111) (а), (200) (б) и (400) (в) сплава Pd-25 ат. % Ni, прошедшего различную обработку:

1 - деформированный и 2 - отожженные при 100°С, 3 - 150°С, 4- 250°С, 5 - 340°С, 6 - 460°С.

Наличие этого максимума свидетельствует о том, что в деформированном сплаве существует ближний порядок. Однако, в отличие от других ГЦК-твердых растворов (напр., Ag-Al, Cu-Al, Cu-Zn), строение ближнего порядка которых отвечает сверхструктуре L12, и, следовательно, диффузный максимум для которых совпадает с положением сверхструктурной линии (100), для сплава Pd-25 ат. % Ni он сдвинут в область меньших углов примерно на угол 20 - 6°. Это смещение, как предполагают авторы [8], связано с наличием в сплаве больших статических искажений, обусловленных различием размеров атомов палладия и никеля, т.е. с размерным эффектом. Нам кажется, что такое объяснение маловероятно. Например, в сплаве Cu-Al, объемный размерный фактор по абсолютной величине практически такой же, как и в Pd-Ni, а смещение диффузного максимума по отноше-

нию к сверхструктурному отражению (100) сверхструктуры Ы2 для сплавов с 15 и 17 ат. % А1 не наблюдается [20].

Более вероятной причиной смещения максимума, по-видимому, является наличие в сплаве локального ближнего порядка, строение которого не такое, как у сверхструктуры Ь12. Подтверждением этому служит тот факт, что чередование знаков параметров ближнего порядка в сплаве Рё-№, полученное нами, а также в

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

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»