WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Складні системи і процеси № 1, 2002 МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВЗАЄМОДІЇ ДОМІШОК НА РЕЛАКСАЦІЙНІ СПЕКТРИ ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ ПОДВІЙНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ПРОНИКНЕННЯ НА ОСНОВІ НІОБІЮ Бахрушин В.Є.1, Чиріков О.Ю.2 (1Гуманітарний університет "ЗІДМУ", 2Бердянський інститут підприємництва) На прикладі системи ніобій - кисень розглянуто питання про характер впливу формування комплексів домішкових атомів проникнення на релаксаційний спектр внутрішнього тертя подвійних твердих розчинів. Показано, що особливості температурної залежності похідної внутрішнього тертя можуть використовуватись для визначення механізму розширення релаксаційного піку.

На примере системы ниобий кислород рассмотрен вопрос о характере влияния образования комплексов внедренных атомов на релаксационный спектр внутреннего трения двойных твердых растворов. Показано, что особенности температурной зависимости производной внутреннего трения можно использовать для определения механизма уширения релаксационного пика.

On an example of Niobium-Oxygen system the problem of interstitial atom complexes effect on internal friction relaxation spectra of binary solid solutions was studied. It was shown that peculiarities of internal friction derivative temperature dependence might be used for determination of relaxation pick widening mechanism.

Питання про характер взаємодії доміш- результати щодо впливу взаємодії домішкових атомів у твердих розчинах і їхній кових атомів на температурні залежності розподіл по позиціях різного типу викли- внутрішнього тертя подвійних твердих розкає інтерес з точки зору дослідження фізи- чинів Nb(Ta) - O(N) суперечливі. Це пов'ячних властивостей та процесів розпаду пе- зано з тим, що така взаємодія є відносно ресичених розчинів. Тверді розчини кисню слабкою і не призводить до появи додаткой азоту в ніобії і танталі є зручними моде- вих релаксаційних піків як, наприклад, взальними системами для вивчення впливу ємодія атом проникнення - атом заміщення взаємодії домішок проникнення на їхній у сплавах Nb-Zr-N(O) [1], а лише спотворозподіл по позиціях різного типу в ОЦК рює основний снуківський пік і зміщує йометалах. Це обумовлено відносно високими го в область високих температур. Асиметрозчинностями кисню й азоту в ніобії і тан- рія піка, що спостерігається при цьому, не талі, а також відсутністю в цих металах виходить за межі похибки експерименту.

структурних перетворень. Водночас ці сисВ теперішній час при аналізі характеру теми мають також і великий практичний впливу взаємодії атомів проникнення на їхінтерес, тому що сплави проникнення на ній розподіл по позиціях різного типу і реоснові ніобію і танталу широко використо- лаксаційний спектр твердого розчину виковуються в машинобудуванні, електроніці й ристовують дві істотно різні моделі. Відпоелектротехніці. Внутрішнє тертя є одним з відно до однієї з них [2-5], взаємодія атомів найбільш чутливих до розподілу атомів проникнення призводить до формування проникнення фізичних властивостей ОЦК комплексів із двох, трьох і чотирьох атомів.

металів. У літературі є багато даних про При цьому, в залежності від складу коммеханізми й закономірності релаксації кис- плексу, енергія атома проникнення, що ню та азоту в твердих розчинах на основі входить до його складу, знижується на 0,ніобію і танталу. Проте, експериментальні - 0,30 еВ у порівнянні з енергією ізольова Складні системи і процеси № 1, ного атома в ідеальної решітці. Кожному з нах має місце суперпозиція дискретного і комплексів відповідають своя енергія акти- безперервного розподілів для енергій атовації релаксації атомів проникнення і своє мів проникнення.

положення максимуму внутрішнього тертя Метою даної роботи був пошук критена його температурній, або частотній зале- рію, за яким можна було б розрізнити релажності. Проведене в [6] дослідження дифу- ксаційні спектри, що обумовлені кількома зійного розсіювання нейтронів зразками ні- релаксаційними процесами з близькими обію, що містили 2,6 і 3,6 ат.% кисню і бу- значеннями часу релаксації, та спектри, що ли загартовані від 1520 К, показало наяв- обумовлені наявністю безперервного розність порядку в розташуванні O-O, O-O-O і поділу часу релаксації. Для цього у роботі O-O-O-O комплексів. Це узгоджується з проведене моделювання впливу взаємодії результатами розрахунків розподілу домі- атомів кисню на характеристики релаксашок в рамках моделі деформаційної взає- ційних спектрів внутрішнього тертя твермодії [7], що показують енергетичну вигід- дих розчинів ніобій-кисень, для випадку, ність впорядкування комплексів атомів коли існує кілька типів комплексів атомів проникнення у площинах типу (110). кисню, енергії активації релаксації яких є В той же час, на думку багатьох авторів, різними. Методика моделювання релаксаперша модель не спроможна пояснити той ційного спектру запропонована у роботі факт, що на температурних залежностях [12]. В роботі [13] наведені результати мовнутрішнього тертя твердих розчинів немає делювання релаксаційних спектрів твердих ані окремих максимумів, які б відповідали розчинів ніобій - кисень, та деякі попередні релаксації комплексів, ані помітної асимет- результати їх аналізу. З цих результатів вирії снуківського пику. Тому у роботах [8- пливає, що уявлення про формування ста10] була запропонована інша модель, згідно більних комплексів атомів проникнення доякої у подвійних твердих розчинах проник- зволяє якісно вірно описувати релаксаційні нення виникають хаотичні деформації ре- властивості твердих розчинів Nb-O. Зокрешітки, які призводять до формування без- ма спостерігається якісна відповідність між перервного спектру значень часу релаксації наявними експериментальними даними і атомів проникнення. У рамках цієї моделі результатами розрахунку впливу концентвзаємодія атомів проникнення один з од- рації кисню на форму піка, зсув його темним повинна призводити до симетричного ператури та розширення. У даній роботі нарозширення снуківського релаксаційного ведені результати подальшого аналізу цих піка і його незначного зсуву в область ви- спектрів.

соких температур. При розрахунках враховували тільки Обидві моделі задовільно описують ос- комплекси типу O-O і не враховували можновні експериментальні дані щодо релакса- ливість утворення більш складних комплеційних, механічних і дифузійних властиво- ксів. Це пов'язано з тим, що в літературі стей подвійних твердих розчинів. Це обу- відсутні дані про величину форм-факторів мовлено, на нашу думку, малими змінами тензорів пружних диполів для комплексів, енергій активації релаксації для атомів що складаються з трьох і більшого числа проникнення, що входять до складу ком- атомів кисню. Як показали попередні розплексів, чи відповідно малою величиною рахунки, вплив таких комплексів на релакхаотичних деформацій кристалічної решіт- саційний спектр є несуттєвим. Згідно [14], ки. Дослідження релаксаційних спектрів можна виділити чотири типи позицій, в внутрішнього тертя сплавів ніобій - кисень яких значення потенційних енергій атомів показують [11], що в реальних розчинах з проникнення істотно розрізняються: 1) повисокою концентрацією домішки проник- зиції, що відповідають ізольованим атомам нення утворюються, ймовірно, кілька типів кисню, для яких потенційна енергія взята комплексів атомів проникнення, енергії нами як рівна нулю; 2) позиції, що розтазв'язку яких мають деякий розподіл віднос- шовані в третій координаційній сфері атома но середніх значень. Таким чином, можна кисню, для яких, відповідно до наявних припустити, що в реальних твердих розчи- експериментальних даних [4], енергія ін Складні системи і процеси № 1, шого атома кисню, що знаходиться в них, де Q-1, Eі та T0i - відповідно висота, енер0i взята рівної - 0,07 еВ; ця величина близька гія активації і температура i-го піка внуттакож до результатів розрахунків [14]; 3-4) рішнього тертя. Величини Ei і T0i зв'язані позиції, розташовані в 1 і 4' координаційміж собою формулою Верта-Маркса [16] них сферах атома кисню (4' координаційна сфера утворена міжвузіллями, віддаленими Ei = kT0i ln(kT0i / hf ), (4) від атома кисню на відстань рівну періоду решітки в напрямках [100], [100], [010], де h - стала Планка, f- частота коливань - зразка.

[010], [001] і [001]); в цих позиціях атом При розрахунках враховували релаксакисню за даними [14] має велику позитивну цію одиночних атомів кисню в позиціях потенційну енергію, тому ймовірність зна- першого типу і релаксацію атомів кисню, ходження атомів кисню в цих позиціях ма- пов'язаних у пари. Форм-фактори тензорів ла навіть при високих температурах).

пружних диполів, згідно [14, 17], були взяті Кількості позицій кожного типу i бра- рівними відповідно 0,5 і 0,95, а енергії активації цих релаксаційних процесів ли рівними таким величинам:

1,14 еВ і 1,21 еВ [4, 13].

На рис.1 показана залежність співвідно1 = - 2 - 3 - 4;

шення напівширин високотемпературної та = 8n1 + n2;

2 низькотемпературної гілок релаксаційного (1) піку від концентрації кисню. З наведених 3 = 4n1 + n3;

даних випливає, що збільшення концентра4 = 6n1 + n ції кисню неоднозначно впливає на асиметрію піку. При малих концентраціях введенде ni - кількість атомів домішки в позиціях ня кисню веде до поширення високотемпеi-го типу, - загальна кількість позицій для ратурної гілки піка. Проте із подальшим атомів проникнення.

зростанням концентрації кисню пік стає Розподіл атомів кисню по позиціях різбільш симетричним, а далі збільшення конного типу, згідно [15], визначали розв'язуцентрації кисню веде до розширення низьючи систему котемпературної гілки піка порівняно із високотемпературною гілкою. Ці результати n = i якісно відповідають даним [8, 9] і можуть i ui - бути пояснені наведеними у роботі [13] ре1+ exp зультатами розрахунку зсуву релаксаційно (2) kT го максимуму. Згідно цим результатам із m збільшенням концентрації кисню основним n = ni максимумом стає пік, пов’язаний із релак i=сацією пар кисень-кисень. При малому вмісті кисню цей максимум виявляється як де ui - потенційні енергії домішкових аторозширення основного піку, що зумовлемів в позиціях i-го типу, - хімічний потений релаксацією ізольованих атомів кисню.

нціал домішки, k - стала Больцмана, Т - теІз збільшенням концентрації кисню висота мпература, m- число різних типів позицій цього максимуму зростає і високотемперадля атомів домішки.

турна гілка сумарного піку розширюється.

Для визначення сумарної величини внуПри рівних висотах піків, що викликані ретрішнього тертя використовували співвідлаксацією одиночних і пов’язаних у пари ношення [16] атомів кисню, сумарний пік є симетрично розширеним і зсунутим в область високих E 1 m -i температур, порівняно із ідеальним піком -, (3) Q-1 = Q0i sech Снука. При цьому напівширини його висоi=k T T0i котемпературної та низькотемпературної Складні системи і процеси № 1, гілок є рівними. При подальшому зростанні При ще більших концентраціях кисню концентрації кисню сумарний максимум сумарний максимум має наближуватися до зсувається до температури піка, ідеального максимуму, викликаного релакпов’язаного із релаксацією пар атомів кис- сацією пар кисень-кисень. Проте це буде ню. При цьому розширення його низькоте- спостерігатися при концентраціях, що не мпературної гілки стає більшим за розши- можуть бути реалізовані в експерименті зарення високотемпературної гілки. вдяки розпаду твердого розчину.

Отримана залежність співвідношення напівширин високотемпературної та низь/ + котемпературної гілок релаксаційного піка, також як і залежності зсуву температури 1,піка і розширення піка від концентрації домішки проникнення можуть бути викорис1,тані для аналізу механізму виникнення розширення піка. Але цей метод потребує акуратного вимірювання великої серії релаксаційних спектрів для різних концент0,рацій домішки, що викликає серйозні експериментальні труднощі.

0,Нами було також виконано моделювання 0 1 2 3 [O], ат.% 4 температурної залежності похідної внутріРис. 1. Залежність співвідношення на- шнього тертя. Результати моделювання напівширин високотемпературної (+) та ни- ведені на рис. 2.

зькотемпературної (-) гілок релаксаційного піка від концентрації кисню.

Nb - 0,1 ат.% O 103*dQ-1/dT, К-Nb - 1 ат.% O 0,Nb - 2 ат.% O Nb - 3 ат.% O Nb - 4 ат.% O Т, К -0, Рис. 2. Вплив концентрації кисню на температурну залежність похідної внутрішнього тертя сплавів ніобій-кисень.

Складні системи і процеси № 1, Як видно з рис. 2, вид температурної за- металлов и металловедение, 1982.- Т. 53, N лежності похідної внутрішнього тертя сут- 1.- С. 60-67.

тєво змінюється при виникненні додатково- 8. Accurate Determination of Activation го релаксаційного процесу, порівняно із Enthalpies Associated with Stress Induced температурною залежністю похідної ідеа- Migration of Oxygen and Nitrogen in льного піка Снука. Тому побудова такої за- Tantalum and Niobium / Weller W., Li C.Y., лежності може використовуватися для ана- Zhang J.X. et al. // Acta Metallurgica, 1981.- лізу механізму розширення релаксаційного V. 29, N 6.- P. 1047-1054.

піка. Аналіз впливу наявності безперервно- 9. Internal Friction Study on the го розподілу часу релаксації на характерис- Existence of the Oxygen Pairs in Interstitial тики релаксаційних спектрів твердих роз- Solid Solutions of Tantalum with Oxygen / чинів проникнення буде наведений у на- Weller W., Li C.Y., Zhang J.X. et al. // Acta ступній статті. Metallurgica, 1981.- V. 29, N 6.- P. 1055Висновки. Проведене моделювання те- 1064.

мпературних залежностей внутрішнього 10. Примесный релаксационный спектр тертя твердих розчинів ніобій - кисень сві- внутреннего трения - сплавов титана / дчить про те, що дані про температурну за- Гриднев В.Н., Кушнарева Н.П., Печерский лежність похідної внутрішнього тертя мо- В.С. и др. // Физика металлов и металловежуть бути корисними для аналізу виник- дение, 1983.- Т. 56, N 6. - С. 1146-1151.

нення механізму розширення релаксаційно11. Гриднев В.Н., Кушнарева Н.П. О го піка.

существовании комплексов атомов кислорода в ниобии по данным внутреннего треЛітература.

ния // Физика металлов и металловедение, 1. Елютин В.П., Мозжухин Е.И., Мак- 1987.- Т. 64, N 3.- С. 504-510.

симов Д.Г. Исследование распределения 12. Бахрушин В.Е. Уширение сноековатомов кислорода в твердых растворах на ских пиков, связанное с образованием межоснове ниобия // Физика металлов и метал- атомных комплексов// Металлофизика, ловедение, 1974.- Т. 38, N 3.- С. 564-570.

1988.- Т.10, N 5.- С. 106-108.

2. Ahmad M.S., Szkopiak Z.S. Snoek 13. Бахрушин В.Є., Чиріков О.Ю. МоRelaxation Peaks in Solid Solutions of делювання впливу взаємодії домішок на Niobium // Journal of Physics and Chemistry релаксаційний спектр внутрішнього тертя of Solids, 1970.- V. 31, N 8.- P. 1799-1804.

Pages:     || 2 |



© 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.