Явление «огранения — потери огранки» границ зерен в цинке и их смачивание твердой фазой и расплавом
Диссертация
Границы зерен (ГЗ) в поликристаллическом материале влияют на его основные физические и технологические свойства, такие как прочность, пластичность, коррозионная стойкость, диффузионная проницаемость и т. д. Одним из способов, посредствам которого ГЗ влияют на свойства поликристаллов, является способность границ мигрировать. Способность границ к перемещению определяет течение таких технологических… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Фазовые переходы потери огранки
- 1. 1. 1. Фазовые переходы потери огранки на внешней поверхности раздела
- 1. 1. 2. Зернограничные фазовые переходы огранения — потеря огранки
- 1. 2. Фазовые переходы смачивания
- 1. 2. 1. Зернограничные фазовые переходы смачивания
- 1. 2. 2. Модели зернограничного фазового перехода смачивания
- 1. 2. 3. Фазовые переходы смачивания /и //рода
- 1. 2. 4. Кинетические параметры процесса роста зернограничных канавок
- 1. 3. Постановка задачи
- 1. 1. Фазовые переходы потери огранки
- Глава 2. Методика эксперимента
- 2. 1. Постановка физически корректного эксперимента по исследованию влияния огранения на процесс миграции границ зерен
- 2. 2. Исследование миграции границы зерен при постоянной движущей силе
- 2. 2. 1. Методическая схема исследования миграции
- 2. 2. 2. Способ фиксации положения и формы границы
- 2. 2. 3. Измерение характеристик миграции
- 2. 3. Методика приготовления плоских би- и трикристаллических образцов
- 2. 3. 1. Конструкция установки для выращивания кристаллов
- 2. 3. 2. Приготовление плоских би- и трикристаллических образцов для проведения экспериментов по миграции
- 2. 3. 3. Высокотемпературная приставка к оптическому микроскопу
- 2. 3. 4. Примесный состав образцов цинка
- 2. 4. Метод определения кристаллографических параметров образцов цинка
- 2. 5. Погрешность измерения
- 2. 5. 1. Погрешность измерения характеристик миграции границ зерен
- 2. 5. 2. Погрешность измерения параметров в экспериментах по смачиванию границ зерен
- 3. 1. Исследование перехода огранение — потеря огранки на движущейся границе зерен в цинке
- 3. 1. 1. Описание миграции двух конкурирующих фасеток на основе концепции средневзвешенной кривизны
- 3. 1. 2. Влияние кинетического фактора на огранение при миграции
- 3. 1. 3. Влияние количества фасеток на скорость миграции границы зерен
- 3. 1. 4. Обратимость перехода огранения — потери огранки
- 3. 2. Ребра I и II рода между ограненным и неграненым участками на границах зерен в цинке
- 4. 1. Исследования на бикристаллах
- 4. 1. 1. Фазовый переход смачивания расплавом алюминия на индивидуальных границах зерен в бикристаллах цинка
- 4. 1. 2. Фазовый переход смачивания раствором алюминия на индивидуальных границах зерен в бикристаллах цинка
- 4. 1. 3. Фазовый переход смачивания расплавом индия на индивидуальных границах зерен в бикристаллах цинка
- 4. 2. Исследования на поликристаллах
- 4. 2. 1. Твердофазное смачивание на границах зерен в системе Zn-A
- 4. 2. 2. Жидкофазное смачивание на границах зерен в системах
- 4. 2. 3. Твердофазное смачивание на границах зерен в системе гг-№>
- 4. 3. Фазовые переходы смачивания и огранения на границах зерен взаимодополняют друг друга
Список литературы
- Гиббс Дж. В. Термодинамика: Статистическая механика. М: Наука, -1982.-476 с.
- Gibbs J.W. On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, Vol. 3. Longmans, Green & Co., New York, 1928, p. 343.
- Curie P. Development by pressure of polar electricity in hemihedral crystals with inclined faces. Bull. Soc. Min. France. 1885. — V. 8. — 145 p.
- Wulf G. Z. Zur frage der geschwindigkeit des Wachstums und der auflosung der krystallflachen // Zeitschrift fur Kristallogr. 1901. — V. 34. — P. 449−530.
- Dinghas A. Uber einen geometrrischen Satz von Wulff fur die Gleichgewichts from von Kristallen // Zeitschrift fur Kristallogr. 1944. — V. 105. — 304 p.
- Herring C. Some theorems on the free energies of crystal surfaces // Phys. Rev.- 1951. -V. 82. P. 87−93.
- Ландау JI.Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М: Наука, 1976. -163 с.
- Burton W.K., Cabrera N., Frank F.С. The growth of crystals and the equilibrium structure of their surfaces // Philos. Trans. Roy. Soc. Ser. A London. -1951.-V. 243.-P. 299−358.
- Onsager L. Crystal statistics IA two-dimensional model with an order-disorder transition // Phys. Rev. 1944. — V. 65. — P. 117.
- Weeks J.K. //Ordering in Strongly Fluctuating Condensed Matter Systems/Ed. T. Rister. New York: Prenum Press, 1980. — P. 293.
- Андреев А.Ф. Фазовые переходы огранения кристаллов // ЖЭТФ. 1981.- Т. 80. № 5. — С. 2042−2052.
- Pokrovsky V.L., and Talapov A.L. Ground-state, spectrum, and phase-diagram of 2-dimensional incommensurate crystals // Phys. Rev. Lett. 1979. — V. 42. — P. 65−67.
- Heyraud J.C., Metois J.J. Establishment of the equilibrium shape of metal crystallites on a foreign substrate gold on graphite // J. Cryst. Growth. — 1980. — V. 50.-P. 571−574.
- Heyraud J.C., Metois J.J. Equilibrium shape and temperature lead on graphite // Surf. Sci. — 1983. — V. 128. — P. 334−342.
- Avron J.E. et ah Roughening transition in the He-4 solid-superfluid interface // Phys. Rev. Lett. 1980. — V. 45. — P. 814−817.
- Balibar S., Castaing E. Possible observation of the roughening transition in helium // J. Phys. Lett. 1980. — V. 41. — P. L329-L332.
- Кешишев.К.О., Паршин А. Я., Бабкин A.B. Кристаллизационные волны в Не4 // ЖЭТФ. 1981. — Т. 80. — № 5. — С. 716−728.
- Wolf Р.Е., Balibar S., Gallet F. Experimental-observation of a 3rd roughening transition on HCP He-4 // Phys. Rev. Lett. 1983. — V. 51. — P: 1366−1369./
- Wang-Z., Wynblatt P. The equilibrium from of pure gold crystals // Surf. Sci. -1998.-V. 398.-P. 259−266.
- Pavlovska A., Faulian K., Bauer E. Surface roughening and surface melting in the high temperature equilibriunrshape of small Pb crystals // Surf. Sci. — 1989. — V. 221.-P. 233−243.
- Cheng W.C., Wynblatt P. equilibrium from of Pb-Bi-Ni alloy crystals // J. Cryst. Growth. 1997.-V. 173.-P. 513−527.
- Pavlovska A. Experimental-study of the roughening transition of the crystal-vapor interface of adamantane // Acta crystallographica section A. 1979. — V. 46, P. 551−556.
- Weeks J.K., Gilmer G.H. Dynamical Monte Carlo study of crystal growth in a solid-on-solid model Adreeva // Chem. Phys. 1979. — V. 40. — P. 157.
- Вульф Г. В. 0< скорости, роста и растворения кристаллов // Тр. Варшавского общества естествоисп. 1894−1895. — Т. 6. — В. 9. — С. 7−11.
- Вульф Г. В. К вопросу о скоростях роста и растворения кристаллических граней // Изв. Варшавского ун-та. 1895. — кн. 7−9- - 1896, кн. 1, 2, — С. 1−120.
- Straumal B.B., Shvindlerman L.S. Regions of existence of special and nonspecial grain boundaries // Acta Met. 1985. — V. 33. — № 9. — P. 1735−1749.
- Straumal B.B., Polyakov S.A., Bischoff E., Gust W., Mittemeijer E.J. Faceting of Z3 and E9 grain boundaries in copper // Interface Sci. 2001. — V. 9. — № 3−4. — P. 287−292.
- Straumal В.В., Kogtenkova О.A., Semenov V.N., Watanabe Т. Pokrovsky-Talapov Critical, Behavior and Rough-to-Rough Ridges of the Z3 Coincidence Tilt Boundary in Mo // Phys. Rev. Let. 2004. — V. 92. — № 19. — P: 196 101−1 -196 101−4.
- Straumal B.B., Gornakova A.S., Semenov V.N., Watanabe T. Faceting of the ?3 coincidence tilt boundary in Nb // Mater. Sci. 2005. — V. 40. — P. 871−874.
- Barg Al., Rabkin E., and Gust W. Faceting transformation and energy of a sigma-3 grain-boundary in silver // Acta metall. mater. 1995. — V. 43. — P. 40 674 074.
- Pegel B. Stacking faults on 110. planes in b.c.c. lattice // Phys. stat. sol. -1968.-V. 28.-P. 603.
- Schober T. and Warrington D. Extraneous grain boundary dislocations in high angle-(l 10) twist boundaries in gold // Phys. stat. sol. A. 1971. — V. 6. — P. 103.
- Lee S.B., Yoon D.Y., and Henry M.F. Coherent gamma precipitates at singular and rough grain boundaries in a model Ni-base superalloy // Metall. Mater. Trans. — 2003. -V. 34A. P. 1433−1437.
- Sukhomlin G.D., and Andreeva A.V. Particular properties of sigma=3N boundaries in FCC polycrystals. 1. Crystallographical parameters and grain-boundary faceting during annealing // Phys. Stat. Sol. A. 1983. — V. 78. — P. 333−341.
- Wang Z.-J., Tsurekawa S., Ikeda K., Sekiguchi T. s and Watanabe T. Relationship between electrical activity and grain boundary structural configuration in polycrystalline silicon // Interface Sci. 1999. — V.7. — P. 197−205.
- Rottman C., Wortis M., Heyraud J.C., and Metois J. J'. Equilibrium shapes of small lead crystals — observation of Pokrovsky-Talapov critical-behavior // Phys.
- Rev. Lett. 1984.-V. 52.-P. 1009−1012.
- Surnev S., Arenhold K., Coenen P., Voigtlander B., Bonzel H.P., and Wynblatt P: Scanning tunneling microscopy of equilibrium crystal shapes // J. Vac. Sci. Technol. A. 1998. — V. 16. — P. 10 591 065.
- Arenhold K., Surnev S., Coenen P., Bonzel H.P., and* Wynblatt P. Scanning tunneling microscopy of equilibrium crystal shape of Pb particles: test of universality // Surf. Sci. 1998. — V. 417. — P. LI 160-L1165.
- Arenhold K., Surnev S., Bonzel H.P., and Wynblatt P. Step energetics of Pb (411) vicinal surfaces from facet shape // Surf. Sci. 1999. — V. 424. — P: 271−277.
- Bonzel H.P., Emundts A. Absolute values of surface and step free, energies from equilibrium crystal shapes // Phys. Rev. Lett. 2000. — V. 84. — P- 5804−5807.
- Carmi Y., Lipson S.G., and. Polturak E. Critical-behavior of vicinal surfaces of He-4 //Phys. Rev. B. 1987. -V. 36. -P. 1894−1898.
- Hsieh T.E., Balluffi R.W. Observations of roughening/de-faceting phase transitions in grain boundaries // Acta Metall. 1989. — V. 37. — № 8. — P. 2133 -2139.
- Clarebrough L.M., Forwood C.T. The properties of the near* Z9 grain boundary. II. Identification by image matching of DSC Burgers vectors // Ibid. -1980. V. 59. — № 1. — P. 263 — 270.
- Forwood C.T., Clarebrough L.M. Dissociation of asymmetric Z9, ?27a and ?8Id (110) tilt boundaries // Acta Met. 1984. — V. 32. — P. 757 — 771.
- Merkle K.L., Wolf D. Low-energy configurations of symmetric and asymmetric tilt grain boundaries // Phil. Mag. A. 1992. — V. 65. — P: 513 — 530.
- Kirch D.M., Zhao В., Molodov D.A., Gottstein: G. Faceting of low angle (l00) tilt grain boundaries in aluminum. // Scripta mater. 2007. — V. 56. — P. 939 942.
- Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал. 1999. — № 7 — С. 98−102.
- Ikeuye К.К., Smith C.S. Studies of interface energies in some aluminium and copper alloys // Trans. Am. Inst. Met. Engrs. 1949- - V. 185. — №Ю. — P. 762−768.
- Rogerson J.H., Borland JiC. Effect of the shapes, of intergranular liquid on .the hot cracking of welds and castings // Trans. Am. Inst. Met. Engrs. 1963. — V. 227. -№ 1, — P. 2−7.
- Takashima M., Wynblatt P: and Adams B.L. Correlation of grain boundary character with wetting behavior // Interface Sci. 2000. — V. 8. — P. 351−361.
- Rabkin E., Snapiro I. Wetting of the low-angle grain-boundaries // Acta mater.- 2000: V. 48: — P. 4463−4469.
- Cahn J.W. Wetting transitions on surface // J. Chem. Phys. 1977/-V. 66- - P. 3667−3679.
- Dietriches. in.: «Phase. Transitions and Critical Phenomena», edited by C. Domb and J. H. Lebowitz. London: Academic Press, 1988. V. 12. — P. 1−218:
- Straumal B.B., Gust W., Molodov D. Wetting transition on the grain boundaries in A1 contacting with. Sn-rich melt // Interface Sci. 1995. — V. 3. — P. 127−132.
- Straumal B.B., Gust W., Watanabe T. Tie lines, of the grain boundary wetting phase transition in the Zn-rich part of the Zn-Sn phase diagram // Mater. Sci. Forum.- 1999. V. 294/296. — P. 411−414.
- Straumal B.B., Gust W., Molodov D. Tie lines of the grain boundary wetting phase transition in the Al-Sn system // J. Phase Equilibria. 1994 — V. 15. — P. 386 391.
- Straumal B.B., Gust W., Muschik Т., Predel B. The wetting transition in high and low energy grain boundaries in the Cu (In) system // Acta Met. 1992. — V. 40. -№ 5.-P. 939−945.
- Straumal- В В., Gornakova.A.S., Sursaeva V.G., Kogtenkova O.A., Protasova S.G., Baretzky B- Continuous and discontinuous grain boundary wetting imthe Zn-Al system // Phys. Rew. B. 2008. — in press
- Петелин АЛ. Модель роста жидкометаллических каналов по границам зерен в металлах // Физика и химиям обработки? материалов. 2003 — - № 2. — С. 21−23.
- Петелин А.Л., Апыхтина И. В., Гулевский С. А., Раков С. А. Взаимодействие металличесикх расплавов* и твердых металлов: // Технология металлов. -2004. № 8. — С. 2−6.
- Петелин А. Л1, Апыхтина- И1 В., БокштейнБ.С., Раков С. А., Родин, А О. Образование и рост канавок жидкометаллического травления по границам зерен в металлах // Поверхность, рентгеновские, синхрогронные и нейтронные исследования. — 2005. № 5. — С. 53−57.
- Sun R.S., Bauer C.L. Tilt boundary migration in NaCl bicrystals // Acta Met. -1970. V. 18. — № 6. — P. 639−647.
- Сурсаева B.F., Протасова С. Г., Круц С. Л. Получение и изучение бй- и трикристаллов цинка. В: «Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение», под ред. А. И. Медовой, Е. В. Полянский. ВНИИСИМС, Александров.- 1997.-С. 143−154.
- Protasova S.G., Sursaeva V.G. Triple junction effect on the grain growth in nanostructured materials H Interface Sci. 2001. -V. 9. — P. 307−311.
- Protasova S.G., Sursaeva V.G., Molodov D.A., Gottstein G., Shvindlerman L.S. Triple. junction motion in aluminum tricrystals // Acta Mater. 2001. — V. 49. -P. 2519−2525.
- Аристов В.А., Фрадков В. Е., Швиндлерман* JI.C. Взаимодействие движущейся границы зерен в металлах // ФММ. 1978. — Т. 45. — № 5. — С. 9 971 011.
- Аристов В.А. Движение больше угловых границ наклона в алюминии. Кандидатская диссертация. М.: 1978.
- Сквайре Дж. Практическая физика. пер. с англ. М: Мир, — 1971. — 246 с.
- Watson G.M., Gibbs D., Song S., Sandy A.R., Mochril S.G., Zener D.M. Faceting and reconstruction of stepped Au (111) // Phys. Rev. B. 1995. -V. 52. — P. 12 329−12 344.
- Lee S.B., Yoon D.Y., Henry M.B. Abnormal grain growthand grain boundary faceting in a model Ni-base // Acta mater. 2000. -V. 48. — P. 3071−3080.'
- Gottsein G., Shvindlerman L.S. Grain Boundary Migration in Metals: Thermodynamics, Kinetics, Applications. CRC Press, Baca Raton, Fl, 1999. — 3851. P
- Taylor J.E. II-Mean curvature and weighted1 mean curvature // Acta1 Metall. Mater. 1992. — V. 40. — P. 1475−1485.
- Mullins W.W. 2-dimensional motion of idealized grain boundaries // J. Appl. Phys. 1956. — V. 27. -P. 900.
- Mendelev M.I., Srolovitz D.J., Shvindlerman L.S., G. Gottstein G. Interface mobility under different driving forces // J. Mater. Research. 2002. — V. 17. — P. 234−245.
- Сурсаева В.Г., Андреева A.B., Копецкий Ч. В., Швиндлерман JI.C. Подвижность границы наклона (юТо^в цинке // ФММ. 1976. — Т. 41. — № 5.1. С. 1013−1018.
- Straumal В.В., Sursaeva V.G., Gornakova A.S. Influence of faceting-roughening on triple junction migration in zinc // Zeitschrift fur Metallkunde. 2005.-V.96.-P. 1147−1151.
- Bruggeman G.A., Bishop G.H., Hartt W.H. The Nature and Behaviour of Grain Boundaries- ed. by Hsun Hu. Plenum, New York, London, 1972.
- Straumal В.В., Shvindlerman L.S. Regions of existence of special and nonspecial grain-boundaries // Acta Metal. 1985. — V. 33. — P. 1735−1749.
- Страумал Б.Б., Горнакова A.C., Jlonec Г. «Смачивание» границ зерен второй твердой фазой в поликристаллах Zn-Al и бикристаллах Zn раствором на основе А1 // Известия РАН. Серия физическая. 2005. — Т. 69. — № 9. — С. 13 121 318.
- Straumal В.В., Kogtenkova О.А., Zieba P. Wetting transition of grain boundary triple junctions // Acta mat. 2008. — V. 56. — P. 925−933.
- Орлов A.H., Перевезенцев B.H., Рыбин B.B. Границы зерен в металлах. -М.: Металлургия, 1980. 291 с.
- Алешин А.Н., Бокштейн Б. С., Петелин А.Л, Швиндлерман Л. С. Диффузия цинка по одиночным границам кручения в алюминии // Металлофизика. 1980. — Т. 2. — № 4. — С. 83−88.
- Аристов В.Ю., Конецкий Ч. В., Швиндлерман Л. С. Эффект отрываадсорбции на внутренних границах раздела. В кн.: Научные, основы ! }материаловедения. М.: Наука, 1981. — С. 84−115.
- Алешин А.Н., Бокштейн Б. С., Швиндлерман Л. С. Диффузия цинка по границам наклона <100> в алюминии // ФТТ. 1977. — Т. 19. — № 12. — С. 35 113 516.
- Massalski Т.В. et al. (editors). Binary Alloy Phase Diagrams. Materials Park, Ohio: ASM International, 1993. P. 3534.
- Pandit R., Schick M. and Wortis M. Systematics of multilayer-adsorption phenomena on attractive substrates // Phys. Rev. B. 1982. — V. 26. — P. 5112−5140.
- Страумал Б.Б. Фазовые переходы на границах зерен- под ред. Суворова Э. В. М: Наука, 2003. — 327 с.
- Бескоровайный Н.М., Калин Б. А., Платонов П. А., Чернов И. И. Конструкционные материалы ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1995. -704 с.
- Hyun-Gil Kim, Jeong-Yong Park, Yong-Hwan Jeong. Phase boundary of the Zr-rich region in commercial grade Zr-Nb alloys // J. Nucl- Mater- 2005. — V.345. -P. 140−150.
- Ramos C., Saragovi C., Granovsky M.S. Some new experimental results on the Zr-Nb-Fe system // J- Nucl. Mater. 2007. — V. 366. — P. 198−205.
- Jong Hyuk Baek, Yong Hwan Jeong- Steam oxidation of Zr-l.5Nb-0.4Sn-0−2Fe-0.1Cr and Zircaloy-4 at 900−1000°C // J. Nucl- Mater. 2007. — V. 361. — P. 30−40. -
- Myun-Gil Kim, Yang-Hoon Kim, Byoung-Kwon Choi, Yong-Hwan Jeong. Effect of alloying elements (Cu, Fe, and Nb) on the creep propertiesiof Zr. alloys // J: Nucl: Mater.— 2006- —V. 359- —P: 268−273-
- Jeong-Yong Park, Byung-Kwon Choi, Seung Jo Yoo, Yong Hwan Jeong. Corrosion behaviour and oxide properties of Zr-1.lwt%Nb-0:05wt%Cu. alloy // J. Nucl. Mater. 2007. — V. 366. — P. 59−68.
- YoungSuk Kim, KyungSoo Im,. YongMoo Cheong and SangBok Ahn. Effect of microstructural evolution" on in-reactor creep of Zr-2.5Nb tubes // J. Nucl- Mater. -2006.-V. 346-P. 120−130.
- Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. Бокштейн Б. С., Копецкий Ч. В., Швиндлерман JI.C. М: Металлургия^ 1986- - 224 с. 1. О My
- Бокштейн Б.С., Василенок Л. Б., Губарева^М.А., Кишкин С. Т., Мороз Л. М., Сорокина Л. П. ФММ. — 1977. — Т. 44. — В. 2. — С. 440.
- Kogtenkova O.A., Straumal В.В., Protasova S.G., Tsurekawa S., Watanabe T. The influence of misorientation deviation on the faceting of ?3 grain boundaries in aluminium // Zeitschrift fur Metallkunde. 2005. — V. 2. — P. 216−219.