WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Сухоруков Иван Андреевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ И ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В СЛОИСТЫХ БИНАРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Специальности:

01.04.07 – физика конденсированного состояния, 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Научный консультант:

Доктор физико-математических наук, профессор В.С.Русаков МОСКВА – 2012 г.

Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Русаков Вячеслав Серафимович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Силонов Валентин Михайлович кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Седых Вера Дмитриевна Ведущая организация Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА)

Защита состоится « 16 » мая 2012 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр.35, Центр коллективного пользования МГУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В, Ломоносова.

Автореферат разослан « __ » апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.002.кандидат физико-математических наук Т.В. Лаптинская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность темы.

Развитие ядерной энергетики и аэрокосмической техники приводит к необходимости разработки, создания и использования новых конструкционных материалов, работающих в экстремальных условиях высоких температур, больших механических нагрузок, агрессивных сред и облучения. Разработка таких материалов представляет сложную и до сих пор не решенную научно-техническую задачу. Одним из возможных путей решения этой задачи является создание защитных покрытий или модификация поверхности существующих конструкционных материалов с помощью ионно-лучевых технологий. К таким технологиям относятся, в частности, ионноплазменное осаждение и ионная имплантация с последующей термической обработкой, которая приводит к пространственной направленности процессов диффузии и фазообразования, и в результате к образованию слоистой системы.

Для практического применения слоистых систем важно создать термически стабильное неоднородное распределение фаз по глубине образца. В связи с этим необходимо иметь правильное представление об особенностях термически индуцированных процессов, происходящих в слоистой системе. На протяжении последних нескольких лет методами мессбауэровской спектроскопии с привлечением данных рентгеновского фазового анализа проводятся целенаправленные исследования слоистых бинарных металлических систем. Эти исследования позволили установить последовательность и характерные времена фазовых преобразований в приповерхностных соях и объеме систем, в ряде из них получить термически стабильное неоднородное по глубине структурно-фазовое состояние.

Для исследования процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах представляют интерес бинарные металлические системы на основе железа, содержащие Be, Al, Sn, Zr и Ti, полученные методами ионно-плазменного осаждения, а также имплантационные системы Fe:B+, Fe:C+, Fe:N+ и Fe:O+. Для этих систем важно, что железо является основным компонентом многих конструкционных материалов. Другие компоненты слоистых систем могут значительно улучшить их свойства, например, механические свойства (прочность, пластичность, ковкость), радиационную и коррозийную стойкость, жаропрочность, теплопроводность и т. д., что позволит применить данные материалы в ядерной энергетике, аэрокосмической технике, автомобилестроении и других производственных областях.

Одним из эффективных методов исследования слоистых бинарных систем является компьютерное моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования на основе данных об их термодинамических свойствах и фазовых диаграммах равновесных состояний. Моделирование позволяет до проведения эксперимента на основе физических представлений о процессах, происходящих в неоднородных слоистых системах, предсказать поведение компонентов системы и образующихся фаз при произвольных температурно-временных режимах термического отжига.

Цель работы.

Целью настоящей работы являлась разработка метода моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах и его применение при исследовании бинарных металлических систем. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи.

1. Разработать физические модели термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах металл-металл с двумя и тремя изотопами двух элементов, а также в системах металл-металлоид.

2. Осуществить программную реализацию предложенных моделей, позволяющую количественно описывать термически индуцированные процессы в слоистых бинарных системах с произвольным начальным концентрационным профилем компонентов, с учетом особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний при произвольных температурно-временных режимах термических отжигов.

3. Смоделировать термически индуцированные процессы диффузии и фазообразования в модельных слоистых бинарных системах металл-металл для исследования процесса термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния слоистой системы.

4. Смоделировать термически индуцированные процессы диффузии и фазообразования в экспериментально исследованных слоистых бинарных системах металл-металл с двумя и тремя изотопами, а также металл-металлоид.

Основные положения, выносимые на защиту.

Физические модели термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах металл-металл с тремя изотопами двух элементов и металл-металлоид.

Программная реализация предложенных моделей (программа DIFFUSION), позволяющая количественно описывать кинетику термически индуцированных процессов в слоистых бинарных системах с произвольным начальным концентрационным профилем компонентов, с учетом особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний при произвольных температурно-временных режимах термических отжигов.

Результаты моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в модельных двухслойных системах металл-металл, позволившие установить характер и степень влияния особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний, коэффициентов диффузии и толщины системы на кинетику процесса термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния слоистой системы и термически стабилизированный концентрационный профиль.

Результаты моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в экспериментально исследованных слоистых системах: металл-металл с двумя (Fe–Ti, Fe–Zr, Fe–Sn, Cu–Be) и тремя (57Fe–Ti–Fe(Ti)–57Fe) изотопами, полученных с помощью метода магнетронного распыления, а также металл-металлоид (57Fe:O+), полученной методом ионной имплантации.

Вывод о том, что характер фазовых превращений в исследованных слоистых системах определяется изменением локальной концентрации компонентов в процессе их диффузии и соответствует особенностям фазовых диаграмм равновесных состояний.

Достоверность.

Достоверность полученных результатов и сделанных выводов обусловлена адекватностью использованных физических представлений и математических методов при решении поставленных задач, корректностью использованных приближений, результатами проверочных численных экспериментов, а также соответствием полученных в работе результатов расчетов известным экспериментальным данным.

Научная новизна.

Научная новизна работы определяется как предложенными физическими моделями термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах, так и их программной реализацией, что позволило впервые получить ряд важных результатов.

При моделировании термически индуцированных процессов в модельных двухслойных бинарных системах металл-металл установлены характер и степень влияния особенностей фазовой диаграммы состояний, коэффициентов диффузии и толщины системы на кинетику процесса термической стабилизации неоднородного по глубине структурнофазового состояния слоистой системы и термически стабилизированный концентрационный профиль.

Показано, что результаты моделирования процессов термической диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах Fe–Ti, Fe–Zr, Fe–Sn, Cu–Be, Fe–Ti–Fe(Ti)– 57 Fe и Fe:O+ хорошо описывают экспериментально установленные с помощью методов MS- и CEMS-спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии последовательности фазовых превращений и относительное содержание образующихся фаз на всех этапах различных температурно-временных режимов отжига. При этом впервые на каждом этапе рассчитаны локальные концентрации компонентов, относительные содержания образующихся фаз, коэффициенты диффузии и диффузионные потоки компонентов на любой глубине слоистой системы, а также положение границ однофазных областей.

Сделан вывод о том, что характер фазовых превращений в экспериментально и теоретически исследованных слоистых системах определяется изменением локальной концентрации компонентов в процессе их диффузии и соответствует особенностям фазовых диаграмм равновесных состояний.

Научная и практическая значимость.

Предложенные физические модели и их программная реализация (программа DIFFUSION) вносят вклад в разработку методов математического моделирования и могут быть использованы для предсказательных расчетов параметров процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах с произвольным начальным концентрационным профилем компонентов, с учетом особенностей их фазовых диаграмм равновесных состояний при произвольных температурно-временных режимах отжига.

Моделирование с помощью созданной программы DIFFUSION позволяет получить новую, трудно доступную экспериментальным методам исследования, информацию о деталях процессов диффузии и фазообразования в слоистых металлических системах.

Полученные в диссертации результаты моделирования термически индуцированных процессов позволяют дать научно обоснованные рекомендации при разработке методов направленной модификации приповерхностных слоев металлических материалов с целью улучшения их поверхностных свойств.

Личный вклад диссертанта.

Автор настоящей работы принял непосредственное участие в разработке физических моделей. Программная реализация предложенных моделей осуществлена автором диссертационной работы. Автору принадлежит основная роль в проведении всех модельных расчетов. Обсуждение и интерпретация результатов проводилось совместно с научным руководителем, а также с другими соавторами публикаций.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на следующих Международных конференциях: "Мессбауэровская спектроскопия и ее применения" (Екатеринбург2009, Россия); "Взаимодействие излучения с твердым телом" (Минск-2011, Республика Беларусь), "Ядерная и радиационная физика" (Алматы-2009, 2011, Республика Казахстан).

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в 7-и статьях (4-е в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), в 5-и материалах и 5-и тезисах Международных конференций, список которых приведен в конце автореферата. Имеется также государственная регистрация созданной программы DIFFUSION.

Благодарности.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору физикоматематических наук, профессору В.С. Русакову за предложенную интересную тему исследований, постановку задачи, помощь и внимательное отношение на всех этапах работы над диссертацией. Автор благодарит сотрудников Института Ядерной Физики Национального ядерного центра Республики Казахстан доктора физико-математических наук, профессора Кадыржанова К.К., кандидата физико-математических наук Жанкадамову А.М., а также Айманова М.Ш., Аргынова А.Б., Верещака М.Ф., Жубаева А.К., Коршиева Б.О., Сергееву Л.С. и Манакову И.А. за предоставленный экспериментальный материал мессбауэровских и рентгеновских исследований слоистых систем.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. В заключительных параграфах каждой из глав, посвященных результатам диссертационной работы, формулируются краткие итоги. Объем диссертации составляет 147 страниц, включая 58 рисунков и список цитируемой литературы из 89 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, обозначена достоверность полученных результатов, показана новизна, научная и практическая значимость проведённых исследований.

В первой главе дается обзор литературы, отражающей современное состояние проблем исследования диффузии в металлических системах, полученных ионно-плазменными методами. Содержится информация по точечным дефектам в кристаллах и их влиянию на возможные механизмы диффузии. Представлены основы линейной теории неравновесных процессов (теории Онзагера) и их применение для описания диффузии в двух- и трехкомпонентных системах. В главе проанализированы экспериментальные и теоретические работы, в которых впервые были представлены результаты мессбауэровских и рентгеновских исследований термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах. В результате проведенного анализа в последнем параграфе главы сформулированы цель и задачи исследования.





Вторая глава посвящена изложению предложенных в работе физических моделей термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах металл-металл с тремя изотопами двух элементов и металл-металлоид. В основе физических моделей – линейная термодинамическая теория неравновесных процессов, механизм взаимной диффузии компонентов по непрерывным каналам фаз в двухфазных областях системы [1, 2] и предположение о квазистационарном процессе фазообразования.

В главе показано, что для описания процессов диффузии в слоистых системах металл-металл с тремя изотопами двух элементов A и B необходимо решить систему дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка:

CA CA ~ , = D t x x (1) ~ ~ ~ C (D - D12 ) C1 - D12 CA .

= t x x x Здесь CA – концентрация элемента A в системе, C1 – концентрация одного из двух (1 и 2) ~ изотопов элемента B, при этом CA + CB = CA + C1 + C2 = 1; D – коэффициент взаимной ~ диффузии Даркена; Dij – коэффициенты взаимной диффузии.

В случае однофазных областей системы, коэффициенты диффузии равны:

~ D = DA(1- CA) + DBCA, (2) ~ D11 = DB + C1(DA - DB). (3) ~ D12 = C1(DA - DB), (4) где DA,B – парциальные коэффициенты диффузии компонентов А и B друг в друге, которые в соответствии с используемой физической моделью одинаковы для всех однофазных областей, а, следовательно, не зависят от координаты x и времени t.

В случае двухфазных областей (+) слоистой системы, в которых предполагается образование частиц обеих фаз одинакового линейного размера , коэффициенты взаимной ~ ~ ~ диффузии D(x,t), D11(x,t), D12 (x,t) в соответствии с механизмом диффузии по непрерывным каналам одной фазы определяются следующим образом:

~ D(xj ) = (DA(1- CА) + DBCА)Wj + (DA(1- CА) + DBCА)Wj, (5) ~ 1- CA D11(xj ) = DB(Wj + Wj) + (DA - DB)1- CA c1Wj + c1Wj , (6) 1- CA 1- CA ~ 1- CA D12(xj ) = (DA - DB)1- CA c1Wj + c1Wj . (7) 1- CA 1- CA Здесь Wj и Wj – вероятности образования непрерывных каналов - и -фазы, по которым происходит взаимная диффузия компонентов от однофазных областей вплоть до j-го слоя с координатой x ; CА и CА – граничные концентрации элемента A в фазах и соj ответственно.

Для слоистых систем металл-металл с двумя изотопами двух элементов A и B система уравнений (1) преобразуется в одно хорошо известное дифференциальное уравнение Даркена CA CA ~ = D (8) .

t x x Во второй главе показано также, что для описания процессов диффузии в бинарной слоистой системе металл-металлоид необходимо решить дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка относительно локальной концентрации металлоида nA(x,t):

nA(x,t) nA(x,t) = D(x,t), (9) t x x где D(x,t) – коэффициент взаимной диффузии в различных фазовых областях, пространственные границы которых меняются со временем. В случае однофазных областей предполагается, что он постоянен по глубине и равен коэффициенту диффузии металлоида A в металле B – D(x,t) = D, а в случае двухфазных областей (+) в соответствии с механизмом диффузии по непрерывным каналам одной фазы определяются следующим образом:

D(xj ) = D (xj ) + D(xj ) = DA(Wj + Wj). (10) Здесь D(xj ) и D (xj ) – коэффициенты межузельной диффузии металлоида по каналам, образованным частицами - и -фазы соответственно, а Wj и Wj – как и в случае слоистой системы металл-металл с тремя изотопами двух элементов, – вероятности образования непрерывных каналов - и -фазы, по которым происходит диффузия металлоида от однофазных областей вплоть до j-го слоя с координатой x.

j Таким образом, для описания процессов диффузии в системах металл-металл с тремя изотопами двух элементов необходимо решить систему дифференциальных уравнений (1), а в системах металл-металл и металл-металлоид с двумя изотопами – дифференциальные уравнения (8) и (9) соответственно. Во всех случаях необходимо решить уравнения с учетом соответствующих выражений для коэффициентов диффузии в различных фазовых областях. При этом начальные и граничные условия, необходимые для решения уравнения, задаются в соответствии с условиями проведения эксперимента.

В соответствии с предположением о квазистационарности процесс фазообразования в слоистых системах определяется локальной концентрацией компонентов систем и соответствующей фазовой диаграммой равновесных состояний.

Задача описания процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах различных типов решена в работе численными методами путем программной реализации. Созданная программа DIFFUSION предназначена для моделирования процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах металл-металл с двумя и тремя изотопами двух элементов и металл-металлоид. В ней реализован специально разработанный алгоритм моделирования процессов диффузии и фазообразования, в том числе алгоритм решения дифференциальных уравнений, описывающих данные процессы. Программа DIFFUSION разработана в среде программирования Microsoft Visual Studio 2010 при помощи языков C++ и C#.

Основные функциональные возможности программы DIFFUSION:

- решение уравнений, описывающих процессы диффузии и фазообразования, для трех видов слоистых бинарных металлических систем (металл-металл с двумя и тремя изотопами двух элементов и металл-металлоид);

- использование произвольной диаграммы равновесных состояний бинарной системы с любыми концентрационными и температурными областями существования любого числа фаз;

- задание произвольных начальных концентрационных профилей компонентов слоистой системы, что позволяет моделировать термически индуцированные процессы диффузии и фазообразования в слоистых системах, полученных методами магнетронного и термического напыления, электролиза и ионной имплантации;

- реализация произвольных температурно-временных режимов термических отжигов исследуемой слоистой системы;

- расчет на каждом температурно-временном этапе процесса локальной концентрации компонентов, относительного содержания фаз, коэффициентов диффузии и диффузионных потоков компонентов на любой глубине слоистой системы, а также положений границ однофазных областей;

- для сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными расчет на всех этапах процесса с учетом изотопного состава относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров, полученных регистрацией -квантов в геометрии на прохождение (MS-спектров), и регистрацией конверсионных электронов в геометрии обратного рассеяния (CEMS-спектров), а также относительного содержания фаз в атомных единицах компонентов в области проникновения в слоистую систему рентгеновского излучения.

- расчет на всех этапах процесса функций распределения концентрации и средней концентрации компонента в растворе другой компоненты исследуемой слоистой системы.

В третьей главе представлены результаты моделирования процессов диффузии и фазообразования в модельных двухслойных бинарных системах металл-металл.

С помощью проверочных расчетов путем сравнения их результатов с результатами, полученными аналитически, показано, что выбранный и реализованный численный метод, а также используемая степень дискретности представления рассматриваемых слоистых систем, обеспечивают достаточную для сравнения с экспериментальными данными точность решения диффузионных уравнений и описания процессов диффузии и фазообразования в этих системах.

Для моделирования термически индуцированных процессов диффузии, фазообразования и стабилизации были взяты три модельные бинарные системы A-B, диаграммы равновесных состояний которых обладают следующими отличительными особенностями.

I. -Фаза существует в концентрационном интервале 0 – 0.2, -фаза – в интервале 0.4 – 0.6, -фаза – в интервале 0.8 – 1 (эквиконцентрационное расположение фазовых границ).

II. -Фаза существует в концентрационном интервале 0 – 0.2, -фаза – в интервале 0.49 – 0.51, -фаза – в интервале 0.8 – 1 (узкая концентрационная область существования промежуточной -фазы).

III. -Фаза существует в концентрационном интервале 0 – 0.02, -фаза – в интервале 0.49 – 0.51, -фаза – в интервале 0.8 – 1 (узкие концентрационные области существования - и -фазы).

Парциальные коэффициенты диффузии были взяты характерными для металлических систем. При моделировании были рассмотрены следующие случаи: (a) DА = 10-5, DB = 10-3 (мкм2/с); (b) DА = 10-3, DB = 10-5 (мкм2/с) и (c) DА = 10-3, DB = 10-3 (мкм2/с).

tstab = t0.xn, n 2.lg(d,d,d+) [мкм] lg(tstab) [ч] d a I Model Ib b d c 2 1 мкм 1 мм d+ -01-1 0 1 2 3 d a II 6 Model IIb b c d d+ -0123 -1 0 1 2 d a III 6 Model IIIb d b c d+ -0123 -1 0 1 2 lg(d) [мкм] lg(d) [мкм] Рис. 1. Зависимость времени термиче- Рис. 2. Зависимости толщин поверхностской стабилизации tstab от толщины об- ного (d), промежуточного (d+) и объемразца d для рассмотренных модельных ного (d) слоев от толщины образца d для бинарных систем модельных бинарных систем В результате моделирования установлено следующее:

- предложенная модель термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования описывает процесс термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния слоистой системы, при котором система является двухфазной с преимущественным содержанием различных фаз на своих поверхностях;

] ] - уменьшение задаваемого размера однофазных частиц в двухфазной области системы приводит к слабому относительному увеличению времени термической стабилизации в широком диапазоне значений ;

- фазовая диаграмма существенно влияет на вид концентрационного профиля и время стабилизации при одних и тех же остальных параметрах системы;

- при постоянном соотношении толщин покрытия и подложки получена степенная зависимость времени стабилизации от толщины образца с показателем 2.3±0.1, который практически не зависит от парциальных коэффициентов диффузии и особенностей фазовой диаграммы (см. рис. 1);

- в случае термической стабилизации при размерах слоистой системы больших ~10 мкм толщины поверхностных слоев с преимущественным содержанием различных фаз линейно зависят от толщины системы, при этом толщина промежуточного слоя остается практически постоянной; такое поведение толщин не зависит от парциальных коэффициентов диффузии и особенностей фазовой диаграммы состояний (см. рис. 2).

В наших расчетах в качестве критерия относительного содержания фаз, определяющего свойства слоев, выбрано 95% относительного содержания -фазы в поверхностном слое и 95% относительного содержания -фазы в объемном слое образца. Это условие позволило однозначно определить толщины поверхностного (d), промежуточного (d+) и объемного (d) слоев (рис. 2).

В четвертой главе приводятся результаты моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в экспериментально исследованных слоистых системах методами мессбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии. В качестве таких систем были выбраны системы металл-металл с двумя (Fe–Ti, Fe–Zr, Fe–Sn, Cu–Be) и тремя (57Fe–Ti–Fe(Ti)–57Fe) изотопами, полученные с помощью метода магнетронного распыления, а также система металл-металлоид (57Fe:O+), полученная методом ионной имплантации. Данные системы отличаются в первую очередь многообразием особенностей своих фазовых диаграмм: различными ширинами областей растворимости компонентов, количеством и концентрационными областями гомогенности образующихся фаз в системе при различных температурах и т.д. При этом для выбранных систем характерны разные начальные концентрационные профили компонентов и парциальные коэффициенты диффузии.

Моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах осуществлялось с учетом всех особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний бинарных систем. Необходимые для моделирования значения коэффициентов диффузии, либо брались из известных литературных данных для массивных образцов, либо подбирались с целью наилучшего описания экспериментальных данных, с которыми сравнивались результаты моделирования. Основанием для подбора оптимальных значений коэффициентов диффузии служило не только их отсутствие в литературе, но и возникающая при магнетронном распылении структура покрытия.

Система Fe-Ti. Для моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах Fe–Ti с двумя изотопами были выбраны экспериментально исследованные [3–6] системы с разными начальными концентрационными профилями – -Fe(10 мкм)-Ti(2 мкм) и Fe0,966Ti0,034(10 мкм)-Ti(2 мкм), полученные методом магнетронного распыления и подвергнутые последовательным изохронным и изотермическим отжигам.

В качестве примера на рис. 3 представлены экспериментальные и расчетные зависимости относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров (MS), а также зависимости полученных со стороны титанового покрытия относительных интенсивностей рентгеновских дифракционных рефлексов фаз и их относительного содержания в атомных единицах компонентов в области проникновения в систему рентгеновского излучения (X-ray), от температуры Tann последовательных изохронных двухчасовых отжигов слоистых систем -Fe(10 мкм)–Ti(2 мкм) и Fe0.966Ti0.034 (10 мкм) – Ti (2 мкм).

MS MS I, % I, % б а 11Fe(Ti) Fe(Ti) FeTi FeTi Fe2Ti Fe2Ti X-Ray X-Ray 11(Ti-side) (Ti-side) Fe(Ti) Fe(Ti) Ti(Fe) Ti(Fe) FeTi FeTi Fe2Ti Fe2Ti 0 150 300 450 600 750 900 100 150 300 450 600 750 900 10Tann, oC Tann, oC Рис. 3. Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) и результаты моделирования (штриховые линии) для последовательных изохронных отжигов слоистых систем Fe(10 мкм)–Ti(2 мкм) (а) и Fe0.966Ti0.034 (10 мкм)–Ti(2 мкм) (б) Видно, что все особенности термически индуцированных процессов (температурные последовательности фазообразования, относительные содержания образующихся фаз) в обеих слоистых системах, полученные с помощью методов MS и X-ray, хорошо описываются теоретически в рамках предложенных физических представлений.

Аналогичные расчеты и сравнение с экспериментальными данными были проведены для этих же слоистых систем, подвергнутых последовательным изотермическим отжигам при 700°C. И в этом случае все особенности термически индуцированных процессов фазообразования (временные последовательности фазообразования, относительные содержания образующихся фаз, изменение средней концентрации титана в растворе Ti(Fe)) в обеих слоистых системах, наблюдаемые экспериментально при последовательных изотермических отжигах, хорошо описываются теоретически в рамках предложенных физических представлений.

I, % а Система Fe-Zr. Для моделирования 1-Fe(Zr) I, % термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых FeZrFeZrсистемах Fe-Zr нами выбраны системы -Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) и -Fe(5 мкм)– 400 600 800 10Fe2Zr+Fe3Zr Tann, oC Zr(2 мкм) с существенно различными толщинами подложек из -Fe при одинаковых 400 500 600 700 800 900 1000 11толщинах покрытий из Zr. Эти системы быI, % б ли получены методом магнетронного рас1I, % пыления и исследованы ранее методами -Fe(Zr) FeZr3 FeZrмессбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии в процессе после- Fe2Zr+Fe3Zr 400 600 800 10Tann, oC довательных изохронных и изотермических Fe3Zr отжигов [7, 8].

Fe2Zr На рис. 4 показаны зависимости от400 500 600 700 800 900 1000 11Tann, oC носительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров ядер 57Fe в обра- Рис. 4. Экспериментальные (а) и расчетные (б) зависимости относительных инзующихся фазах от температуры последоватенсивностей I парциальных мессбаутельных двухчасовых изохронных термиче- эровских спектров для слоистой системы Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) от температуских отжигов для системы -Fe(10 мкм)– ры Tann последовательных изохронных Zr(2 мкм), которые получены в результате отжигов проведенного эксперимента и численных расчетов.

На рис. 5 представлены экспериментальные и расчетные зависимости относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров (MS), а также зависимости полученных со стороны циркониевого покрытия относительных интенсивностей рентгеновских дифракционных рефлексов фаз и их относительного содержания в атомных единицах компонентов в области проникновения в систему рентгеновского излучения (X-ray) от времени tann последовательных изотермических отжигов слоистой системы -Fe(5 мкм)– Zr(2 мкм) при температуре Tann = 900°C.

Экспериментально установленные методами мессбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии последовательности фазовых превращений и относительное содержание интерметаллидов в исследованных слоистых системах Fe–Zr на всех этапах последовательных изохронных и изотермических отжигов показывают хорошее соответствие с результатами расчетов в рамках описанной выше модели, полученных с помощью программы DIFFUSION (см. рис. 4 и 5).

I, % I, % X-Ray (Zr-side) MS 11Fe3Zr -Fe(Zr) Fe2Zr Fe3Zr -Fe(Zr) 20 Fe2Zr 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 tann, ч tann, ч Рис. 5. Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) и результаты моделирования (штриховые линии) для последовательных изотермических отжигов слоистой системы -Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) при температуре Tann = 900°C Это позволяет считать, что результаты расчетов и других физических величин, описывающих кинетику процессов диффузии и фазообразования, близки к реальным значениям. В частности это координаты x границ образующихся однофазных областей с двухфазными областями (см. рис. 6) в зависимости от времени отжига tann и концентрационные профили циркония и фаз по глубине образца на всех этапах отжига.

Расчет показывает, что система -Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) в отличие от системы -Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) достигает состояния термической стабилизации при 25 ч отжига, когда координата границы фазы -Fe(Zr) достигает граничного значения и вся слоистая система становится двухфазной. В этом состоянии слоистая система неоднородна по глубине – со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид Fe3Zr, а со стороны подложки – насыщенный раствор -Fe(Zr). Расчет показал, что система -Fe(10 мкм)– Zr(2 мкм) достигнет состояния стабилизации при временах отжига, превышающих 150 ч.

x, мкм x, мкм а б -Fe(Zr) -Fe(Zr) Fe3Zr + -Fe(Zr) Fe2Zr Fe2Zr Fe3Zr + -Fe(Zr) tstab=25 ч Fe3Zr Fe3Zr 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 tann, ч tann, ч Рис. 6. Координаты x межфазных границ в зависимости от времени tann последовательного изотермического отжига при температуре Tann = 900°C в слоистых бинарных системах: -Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) (а) и -Fe(10 мкм)–Zr(2 мкм) (б) Система Fe-Sn. Для моделирова- Fe I, % 1ния процессов диффузии и фазообразо-Fe(Sn) вания в слоистых бинарных системах Fe– Sn была выбрана система -Fe(10 мкм)– Sn(4 мкм), которая исследовалась ранее Fe3SnFeSn2 + FeSn [9–11] методами мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe и 119Sn в процес0 100 200 300 400 500 600 700 8се последовательных изохронных и изо1I, % Sn -Sn(Fe) FeSn термических отжигов.

1Fe3SnВ качестве примера на рис. 7 поFeSnказаны экспериментальные и расчетные зависимости относительных интенсивно- -Fe(Sn) стей парциальных мессбауэровских спек57 1тров ядер Fe и Sn в образующихся 0 100 200 300 400 500 600 700 8фазах от температуры последовательных Tann, oC пятичасовых изохронных отжигов для Рис. 7. Экспериментальные и расчетные системы -Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм).

зависимости относительных интенсивноАналогичные расчеты и сравнение стей I парциальных мессбауэровских ядер 119Sn и ядер 57Fe спектров для слоис экспериментальными данными были стой системы Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм) от проведены для этой же слоистой систетемпературы Tann последовательных изохронных отжигов мы, подвергнутой последовательным изотермическим отжигам при 550°C и 700°C до 20 ч.

Во всех случаях отжигов в рамках предложенных физических представлений все особенности термически индуцированных процессов фазообразования, наблюдаемые экспериментально методами мессбауэровской спектроскопии, как на ядрах 57Fe, так и ядрах 1Sn, хорошо описываются теоретически.

Расчет показывает, что система -Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм) при Tann = 700°C достигает состояния термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния при 3 ч отжига, когда со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид Fe3Sn2, а со стороны подложки – насыщенный раствор -Fe(Sn).

В случае изотермического отжига при Tann = 550°C система -Fe(10 мкм)–Sn(4 мкм) не достигает состояния термической стабилизации в ходе проведения эксперимента. Расчет показал, что это состояние будет достигнуто при временах отжига, превышающих 40 ч.

При этом со стороны покрытия должен образоваться в основном интерметаллид FeSn, а со стороны подложки – насыщенный раствор -Fe(Sn).

Система Cu-Be. Для моделирования термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах Cu–Be была выбрана система Cu(10мкм)-Be(2.5мкм), исследованная ранее [12] методами рентгеновской дифрактометрии с обеих сторон образца в процессе последовательных изохронных и изотермических отжигов. На рис. 8 представлены экспериментальные зависимости относительных интенсивностей I рентгеновских дифракционных рефлексов образующихся фаз, полученных со стороны бериллия (Be-side) и со стороны меди (Cu-side), а также рассчитанные зависимости относительного содержания фаз в атомных единицах компонентов в области проникновения в слоистую систему рентгеновского излучения для слоистой системы Cu(10 мкм)-Be(2.5 мкм) от температуры последовательных двухчасовых изохронных отжигов и от времени tann последовательного изотермического отжига при Tann = 500°C.

Экспериментально установленные методами рентгеновской дифрактометрии с обеих сторон образца последовательности фазовых превращений и относительное содержание интерметаллидов в исследованных слоистых системах Cu–Be на всех этапах последовательных изохронных и изотермических отжигов показывают хорошее соответствие с результатами расчетов в рамках описанной выше модели, полученных с помощью программы DIFFUSION (см. рис. 8).

В соответствии с проведенными расчетами, после 14 ч отжига при Tann = 500°C система достигнет термически стабильного неоднородного по глубине структурно-фазового состояния, в котором со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид CuBe, а со стороны подложки – насыщенный раствор Cu(Be).

I, % I, % б а Be-side 100 1Cu(Be) 80 CuBe 60 Be-side 40 CuBe Cu(Be) 20 CuBeCuBe0 100 100 Cu-side Cu(Be) 80 Cu(Be) 60 Cu-side 40 CuBe CuBe 20 CuBe0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 2 4 6 8 10 tann, ч tann, ч Рис. 8. Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) и результаты моделирования (штриховые линии) для последовательных изохронных (а) и изотермических (б) отжигов слоистой системы Cu(10 мкм)–Be(2.5 мкм) Система с тремя изотопами двух элементов Fe–Ti–Fe(Ti)–57Fe. В качестве слоистой системы с тремя изотопами двух элементов, для которой было проведено моделирование процессов диффузии и фазообразования, была выбрана ранее исследованная [13] методами мессбауэровской спектроскопии (MS и CEMS) и рентгеновской дифрактометрии система Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм). Эта система была получена с помощью магнетронного распыления титана на подложку из раствора Fe0.96Ti0.04 с естественным обогащением (2.16 %) железа изотопом Fe и последующего термовакуумного напыления железа, обогащенного до 86 ат.% 57Fe.

На рис. 9 представлены экспериментальные и теоретические зависимости относительных интенсивностей парциальных MS- и CEMS-спектров ядер 57Fe, а также зависимости полученных со стороны титанового покрытия относительных интенсивностей рентгеновских дифракционных рефлексов фаз и их относительного содержания в атомных единицах компонентов в области проникновения в систему рентгеновского излучения (X-ray), от времени tann последовательного изотермического отжига при температуре 650°С для слоистой системы 57Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм).

Следует обратить внимание на то, что образец исследовался экспериментально при температурах значительно ниже температуры отжига – при комнатной температуре. При данной температуре коэффициенты диффузии уменьшаются настолько, что диффузией I, % MS можно пренебречь. При этом твердый рас1твор -Ti(Fe) распадается на -Ti(Fe) и ин-Fe(Ti) терметаллид FeTi. При расчете зависимостей на рис. 9 количество всех фаз, в том числе и количество -Ti(Fe), пересчитывалось в соFe2Ti FeTi ответствии с фазовой диаграммой равновесных состояний бинарной системы Fe-Ti с температуры отжига на температуру, при ко CEMS Fe2Ti 1(Ti-side) торой проводились экспериментальные исследования.

Рис. 9. Известные экспериментальные данные (символы, соединенные линиями) и реFeTi зультаты моделирования (штриховые линии) -Fe(Ti) для последовательных изотермических отжигов слоистой системы Fe(0.07 мкм)– 0 10 20 30 40 50 Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм) –57Fe(0.07 мкм) X-Ray 1при температуре Tann = 650°C (Ti-side) Экспериментально установленные -Fe(Ti) методами MS- и CEMS-спектроскопии, а также рентгеновской дифрактометрии поFe2Ti 20 следовательности фазовых превращений и FeTi -Ti(Fe) относительное содержание интерметаллидов 0 10 20 30 40 50 60 в слоистой системе Fe(0.07 мкм)– tann, ч Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм) на всех этапах последовательного изотермического отжига показывают хорошее соответствие с результатами расчетов (рис. 9) в рамках предложенной нами модели для слоистых систем с тремя изотопами двух элементов.

Для выявления роли напыленных слоев железа, обогащенных изотопом Fe, на процессы диффузии и фазообразования в исследуемой системе и их регистрацию с помощью методов мессбауэровской спектроскопии, было проведено дополнительное моделирование термически индуцированных процессов, протекающих в слоистой системе Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм). При этом использовались та же фазовая диаграмма бинарной системы Fe-Ti и те же парциальные коэффициенты диффузии. Рассчитанные таким образом относительные интенсивности MS- и CEMS-спектров заметно отличались (особенно на начальных этапах отжига) от экспериментально определенных и расчетных относительных интенсивностей для системы Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)– Fe(0.07 мкм).

В отличие от мессбауэровской спектроскопии для рентгеновской дифрактометрии расчетные зависимости практически повторили результаты, полученные для слоистой системы Fe(0.07 мкм)–Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм), поскольку информация в данном случае собирается со значительной части образца и в нем участвуют как атомы железа (вне зависимости от изотопного состава), так и атомы титана.

Cphase -Ti(Fe) FeTi C Fe2Ti -Fe(Ti) 1 -Ti(Fe)+-Ti(Fe) 0.8 0.CTi -Ti(Fe)+FeTi 0.6 0.tann = 3.5 ч 0.4 FeTi+Fe2Ti 0.0.2 CFe57 0.CFe57 Fe2Ti+-Fe(Ti) 0 FeTi -Ti(Fe) 1 0.8 0.0.6 0.7.5 ч 0.4 0.0.2 0.0 FeTi Fe2Ti -Fe(Ti) 1 0.8 0.0.6 0.16 ч 0.4 0.0.2 0.0 Fe2Ti -Fe(Ti) 1 0.8 0.0.6 0.60 ч 0.4 0.0.2 0.FeTi 0 0 1 2 3 12 13 0 1 2 3 12 13 x, мкм x, мкм Рис. 10. Концентрационные профили атомов Ti (CTi), изотопа 57Fe (CFe57) и относительное содержание фаз (Cphase) по глубине слоистой системы Fe(0.07 мкм)– Ti(1 мкм)–Fe0.96Ti0.04(13 мкм)–57Fe(0.07 мкм) на различных этапах последовательного изотермического отжига Хорошее согласие на всех этапах изотермического отжига результатов расчета с экспериментальными данными, полученными с помощью методов мессбауэровской спектроскопии (MS и CEMS) и рентгеновской дифрактометрии, позволяет считать, что результаты расчетов и других физических величин, описывающих кинетику процессов диффузии и фазообразования, близки к реальным значениям. В частности, это концентрационные профили титана CTi(x), изотопа железа CFe57(x) и образующихся фаз Сphase(x) по глубине образца на всех этапах отжига при температуре Tann = 650°C (см рис. 10).

На рис. 10 видно, что на первых этапах отжига в приповерхностном слое образца со стороны титанового покрытия образуются фазы -Ti(Fe), FeTi и Fe2Ti. Затем фаза Ti(Fe) исчезает и на поверхность выходит фаза FeTi, при этом в остальных частях образца остаются только две фазы – интерметаллид Fe2Ti и раствор -Fe(Ti). Заметим, что данная система достигнет состояния термической стабилизации лишь при 154 ч отжига. В этом состоянии слоистая система будет неоднородной по глубине – со стороны покрытия образуется в основном интерметаллид Fe2Ti, а со стороны подложки – насыщенный раствор Fe(Ti).

Концентрационный профиль CTi(x) атомов титана по глубине образца на первых этапах отжига имеет максимум. После 7.5 ч отжига он становится монотонно убывающим по глубине. К концу отжига концентрационная область титана значительно сокращается, при этом он не проникает в глубину образца более чем на 3 мкм. Концентрационный профиль CFe57(x) изотопа Fe на всех этапах отжига имеет максимальные значения с обеих сторон образца. С увеличением времени отжига этот профиль постепенно выравнивается.

Имплантационная система 57Fe:O+. Предлагаемая нами модель процессов диффузии и фазообразования в системах металл-металлоид использовалась при моделировании процессов диффузии и фазообразования в имплантационной системе 57Fe:O+, которая была получена методами ионной имплантации ионов кислорода с энергией 50 кэВ и дозой 5·1017 ион/см2 в приповерхностные слои фольги из -железа толщиной 50 мкм, обогащенного до 95т.% 57Fe. Система подвергалась последовательным изохронным получасовым термическим отжигам. После каждого отжига проводились исследования при комнатной температуре методами CEMS-спектроскопии со стороны поверхности -Fe, подвергнутой имплантации ионами кислорода [14–15].

Начальный концентрационный профиль имплантированных в 57Fe ионов кислорода nO (x, t), использованный нами при моделировании, был получен в результате расчета t =при помощи пакета программного обеспечения SRIM [16], предназначенного для моделирования процессов распыления и перемещения ионов в веществе при их имплантации. При моделировании нами было сделано допущение, что с обеих поверхностей слоистой системы в процессе имплантации и последующих термических отжигов не происходит заметной потери кислорода.

I, % При вычислении относительных интен1a сивностей парциальных CEMS-спектров эффекFe3Oтивная глубина выхода электронов конверсии также как и в случае системы Fe–Ti– -Fe Fe(Ti)–57Fe для железа была взята равной Fe2OFeO 0.04 мкм. Эффективная глубина выхода электронов конверсии для кислорода принималась 0 100 200 300 400 500 600 7I, % значительно большей.

1б Рис. 11. Зависимости относительных интенсивFe3Oностей I парциальных CEMS-спектров от температуры Tann последовательных изохронных от-Fe жигов: экспериментальные (а) и расчетные в случае закалки (б) и отсутствия закалки (в) обFe2Oразца после отжигов для имплантационной системы 57Fe:O+ со стороны кислорода 0 100 200 300 400 500 600 7I, % Зависимости относительных интенсивно1в стей парциальных мессбауэровских спектров FeO Fe3Oэлектронов конверсии образующихся фаз от температуры последовательных получасовых -Fe Tann, oC x, мкм Fe2O180 300 400 500 600 70.0 100 200 300 400 500 600 70.Tann, oC -Fe 0.изохронных термических отжигов для им-Fe+FeO плантационной системы Fe:O+, которые 0.получены в результате проведенного экс0.-Fe+Fe3Oперимента и численных расчетов в рамках Fe2O3+O0.Fe2O3+Fe3O4 FeO+Fe3Oпредложенной физической модели, изображены на рис. 11. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 tann, ч Расчетные зависимости в случае Рис. 12. Координаты x межфазных границ в закалки (рис. 11б) и отсутствия закалки зависимости от времени tann последова(рис. 11в) образца после отжигов при темтельных изохронных термических отжигов в имплантационной системе 57Fe:O+ пературах ниже Tann = 500°C хорошо соответствуют экспериментальным данным, а при температурах выше Tann = 500°C имеются различия, обусловленные конечной скоростью остывания образца.

Рассчитанные координаты границ однофазных областей образующихся фаз x с двухфазными областями в зависимости от времени изохронных отжигов tann представлены на рис. 12.

Как видим, сразу после имплантации в образце кроме -Fe присутствуют различные фазы – Fe3O4, Fe2O3 и O2, которые располагаются на глубинах не более 0.15 мкм. Первый отжиг при Tann = 180°C не приводит к заметным изменениям в фазовом составе.

Во время следующего отжига при Tann = 300°C через ~0.15 ч (~0.65 ч от общего времени) пропадает фаза O2 и постепенно сужается двухфазная область Fe2O3 + Fe3O4. В начале отжига при Tann = 400°C пропадает фаза Fe2O3 и постепенно расширяется двухфазная область -Fe + Fe3O4. Фаза FeO появляется в процессе отжига при Tann = 600°C и сохраняется до конца последовательных отжигов. При этом ее однофазная область исчезает менее чем через 0.05 ч (2.05 ч от общего времени отжига), а двухфазная область -Fe + FeO постепенно расширяется. В результате проведенных последовательных изохронных отжигов граница области проникновения кислорода в матрицу -Fe перемещается вглубь образца и при Tann = 700°C достигает глубины ~0.55 мкм.

Основные результаты и выводы.

1. Предложены физические модели термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах металл-металл с тремя изотопами двух элементов и металл-металлоид. В основе физических моделей – линейная термодинамическая теория неравновесных процессов, механизм взаимной диффузии компонентов по непрерывным каналам фаз в двухфазных областях системы и предположение о квазистационарном процессе фазообразования.

2. Осуществлена программная реализация предложенных моделей, позволяющая количественно описывать кинетику термически индуцированных процессов в слоистых бинарных системах с учетом особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний при произвольных температурно-временных режимах термических отжигов. Для сравнения с результатами экспериментальных исследований на всех этапах процесса в программе предусмотрен расчет относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских (MS и CEMS) спектров, а также относительных содержаний образующихся фаз в атомных единицах компонентов в области проникновения в слоистую систему рентгеновского излучения.

3. Проведено моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в модельных двухслойных бинарных системах металл-металл, которое позволило установить характер и степень влияния особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний, коэффициентов диффузии и толщины системы на кинетику процесса термической стабилизации неоднородного по глубине структурно-фазового состояния слоистой системы и термически стабилизированный концентрационный профиль.

4. Впервые проведено моделирование процессов термической диффузии и фазообразования с учетом особенностей фазовых диаграмм равновесных состояний для экспериментально исследованных слоистых систем: металл-металл с двумя (Fe–Ti, Fe–Zr, Fe–Sn, Cu–Be) и тремя (57Fe–Ti–Fe(Ti)–57Fe) изотопами, полученных с помощью метода магнетронного распыления, а также металл-металлоид (57Fe:O+), полученной методом имплантации. Результаты моделирования хорошо описывают экспериментально установленные с помощью методов MS- и CEMS-спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии последовательности фазовых превращений и относительное содержание образующихся фаз на всех этапах различных температурно-временных режимов отжига исследованных систем, в том числе процессы термической стабилизации в системах Fe–Zr, Fe–Sn и Cu–Be.

5. При моделировании термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в исследованных слоистых бинарных системах на каждом температурновременном этапе впервые рассчитаны локальные концентрации компонентов, относительные содержания образующихся фаз, коэффициенты диффузии и диффузионные потоки компонентов на любой глубине слоистой системы, а также положения границ однофазных областей.

6. Согласие численных расчетов с экспериментальными данными указывает на то, что характер фазовых превращений в исследованных слоистых системах в соответствии с предложенными физическими моделями определяется изменением локальной концентрации компонентов в процессе их диффузии и соответствует особенностям фазовых диаграмм равновесных состояний.

Цитируемая литература.

1. Русаков В.С., Кадыржанов К.К., Туркебаев Т.Э. Известия РАН, 2005. Т.69. №10.

С.1482.

2. Kadyrzhanov K.K., Rusakov V.S., Turkebaev T.E. J.Phys.: Condens. Matter, 2006. V.18.

P.4113.

3. Манакова И.А., Верещак М.Ф., Сергеева Л.С. и др. ФММ, 2010. Т.109. Вып.5. С.483.

4. Сергеева Л.С. Манакова И.А.,, Верещак М.Ф. и др. Известия НАН РК. Серия Физикоматематическая, 2010. №5. С. 66.

5. Манакова И.А., Верещак М.Ф., Сергеева Л.С. и др. Вестник НЯЦ РК, 2011. Вып. 2.

С. 103.

6. Манакова И.А., Верещак М.Ф., Сергеева Л.С. и др. Вестник НЯЦ РК, 2012. Вып. 4.

С. 110.

7. Жубаев А. К., Аргынов А.Б., Кадыржанов К.К. и др. Известия НАН РК, 2005. С.110.

8. Аргынов А.Б., Жубаев А.К., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. ФММ, 2008. T.105. №2.

С.182.

9. Жубаев А.К., Аргынов А.Б., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Известия вузов, «Физика», 2007. Т.50. С.79.

10. Коршиев Б.О., Кадыржанов К.К., Русаков В.С. и.др. Известия НАН РК. Серия физико-математическая, 2003. Т.2. C.26.

11. Кadyrzhanov К.К., Rusakov V.S., Korshiyev B.O. et al. Hyp. Int, 2004. V.156-157 (1-4).

P623.

12. Аргынов А.Б., Жанкадамова А.М., Иманбеков Ж.Ж. и др. Вестник НЯЦ РК, 2007. №3.

С.5.

13. Сергеева Л.С., Верещак М.Ф., Манакова И.А. и др. Вестник НЯЦ РК, 2006. № 4. C.28.

14. Русаков В.С., Кадыржанов К.К., Туpкебаев Т.Э. и др. Поверхность, 1995. №7-8. С.28.

15. Kadyrzhanov K.K., Rusakov V.S., Turkebaev T.E. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2000.

V.170. P.85.

16. Ziegler J., Ziegler M., Biersack J. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2010. V. 268. P. 1818.

Публикации по теме диссертации.

Статьи 1. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Кадыржанов К.K. Моделирование процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах. Сравнение с мессбауэровскими и рентгеновскими данными. // ФММ, т.109, вып.5 (2010), с.584-593.

2. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова A.М., Кадыржанов К.К. Моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах Fe-Sn и Fe-Zr. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. №6, стр. 103–112 (2011).

3. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова A.М., Кадыржанов К.К. Моделирование процессов диффузии и фазообразования при изотермических отжигах слоистых систем Fe–Zr. // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия, №(2011) стр. 49–56.

4. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова A.М., Кадыржанов К.К. Физическая модель термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах с тремя изотопами двух элементов. // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия, №6 (2011) стр. 67-74.

5. Сергеева Л.С. Манакова И.А.,, Верещак М.Ф., Cухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Яскевич В.И., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Термически индуцированные процессы диффузии и фазообразования в слоистой системе Fe0.966Ti0.034-Ti при изохронном отжиге // Известия НАН РК. Серия Физико-математическая, 2010. №5. Стр. 66-75.

6. Манакова И.А., Верещак М.Ф., Сергеева Л.С., Cухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Термически индуцированные процессы диффузии и фазообразования в слоистой системе Fe-Ti при изохронном отжиге // Вестник НЯЦ РК, 2011. Вып. 2. С. 103-108.

7. Манакова И.А., Верещак М.Ф., Сергеева Л.С., Яскевич В.И., Антонюк В.И., Тулеушев Ю.Ж., Жанкадамова А.М., Сухоруков И.А., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. // Диффузия и фазообразование в слоистой системе Fe(10 мкм)-Ti(2 мкм) при изотермическом отжиге. Вестник НЯЦ РК, 2011. Вып. 4. С. 110-116.

Материалы конференций 8. Жанкадамова А.М., Сухоруков И.А., Сергеева Л.С., Манакова И.А., Верещак М.Ф, Русаков В.С., Кадыржанов К.K. Исследование фазовых превращений при последовательном изохронном отжиге слоистой системы Fe0.96Ti0.04–Ti. // 7-я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’09), Алматы, Казахстан, 20г. Доклады. Институт ядерной физики НЯЦ РК (2010) с.235-238.

9. Жанкадамова А.М., Сухоруков И.А., Манакова И.А., Верещак М.Ф., Русаков В.С., Кадыржанов К.K. Экспериментальные и теоретические исследования фазовых превращений при последовательном изотермическом отжиге слоистой системы Fe – Ti. // 7-я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’09), Алматы, Казахстан, 2009 г. Доклады. Институт ядерной физики НЯЦ РК (2010) с.360364.

10. Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Моделирование процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах металл-металлоид. // 8я Международная конференция «Ядерная и радиационная физика», 2011 г., Алматы, Казахстан. Доклады. С. 94-98.

11. Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах с тремя изотопами двух элементов. // 8-я Международная конференция «Ядерная и радиационная физика», 2011 г., Алматы, Казахстан. Доклады. С. 98-102.

12. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова A.М., Кадыржанов К.К. Моделирование процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных системах на основе железа. // Материалы 9-й Международной конференции «Взаимодействие излучения с твердым телом», Беларусь, Минск, 2011. С. 385-387.

Тезисы конференций 13. Русаков В.С., Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Кадыржанов К.K. Моделирование процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах. Сравнение с мессбауэровскими и рентгеновскими данными. // XI Международная конференция "Мессбауэровская спектроскопия и ее применения", Екатеринбург.

Тез. докл., с.68 (2009).

14. Жанкадамова А.М., Сухоруков И.А., Сергеева Л.С., Манакова И.А., Верещак М.Ф, Русаков В.С., Кадыржанов К.K. Исследование фазовых превращений при последовательном изохронном отжиге слоистой системы Fe0.96Ti0.04–Ti. // 7-я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’09), Алматы, Казахстан. Тез.

докл., с.113 (2009).

15. Жанкадамова А.М., Сухоруков И.А., Манакова И.А., Верещак М.Ф., Русаков В.С., Кадыржанов К.K. Экспериментальные и теоретические исследования фазовых превращений при последовательном изотермическом отжиге слоистой системы Fe – Ti. // 7-я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’09), Алматы, Казахстан. Тез. докл., с.148 (2009).

16. Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Моделирование процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах металл-металлоид. // 8я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’11), Алматы, Казахстан. Тез. докл., с. 69-70.

17. Сухоруков И.А., Жанкадамова А.М., Русаков В.С., Кадыржанов К.К. Моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых системах с тремя изотопами двух элементов. // 8-я Международная конференция "Ядерная и радиационная физика" (ICNRP’11), Алматы, Казахстан. Тез. докл., с. 7071.

Государственная регистрация 18. Свидетельство о государственной регистрации программы DIFFUSION №20126108от 20 января 2012 г. Авторы: Русаков В.С., Сухоруков И.А.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.