Зернограничные явления смачивания и огранения в алюминии и его сплавах

• Автор: Когтенкова, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Глава I. Геометрическая теория структуры границ зерен. Термодинамические условия существования фазовых переходов на границах и их классификация

1.1. Теоретические представления о структуре и свойствах границ зерен

и тройных стыков

1.1.1. Геометрическая теория структуры границ зерен. Вспомогательные решетки

1.1.2. Структурные особенности тройных стыков

1.2. Фазовые переходы на границах зерен. Теоретические представления

1.2.1. Применимость равновесной термодинамики к границам зерен

1.2.2. Термодинамика фазовых переходов на межзеренных границах

1.2.3. Фазовые переходы смачивания

1.2.4. Фазовые переходы фасетирования

1.3. Экспериментальные данные о фазовых переходах на границах зерен

и тройных стыках
1.4. Постановка задачи
Глава II. Методики приготовления образцов для исследования
2.1. Выбор объекта исследования
2.2. Методика изготовления моно- и бикристаллов алюминия
2.2.1. Конструкция установок для выращивания бикристаллических о бразцов
2.2.2. Получение монокристаллических затравок и выращивание плоских монокристаллов
2.2.3. Получение бикристаллических затравок и выращивание плоских бикристаллов с различной геометрией расположения зерен
2.3. Подготовка образцов для изучения фазового перехода смачивания
и фасетирования
2.3.1. Бикристаллические образцы алюминия и молибдена
2.3.2. Поликристаллические образцы сплавов на основе алюминия
А) Крупнокристаллические образцы
Б) Образцы, полученные методом кручения под высоким
давлением
2.4. Измерение энергии границы зерен
2.5. Методика изготовления микрошлифов
2.6. Методы исследования
2.6.1. Оптическая микроскопия

2.6.2. Электронная микроскопия
A) Просвечивающая электронная микроскопия
Б) Сканирующая электронная микроскопия
B) Дифракция обратно-рассеянных электронов
2.6.3. Рентгенография
2.6.4. Дифференциальная сканирующая калориметрия
2.7. Погрешности измерений
Глава III. Фазовые переходы смачивания в бикристаллах
алюминия и поликристаллах А1~гп, А1-М§ и АГ^н-Л^
3.1. Влияние фазового перехода смачивания на микроструктуру поликристаллов А-Тп, А1-М^ и А1-2п-М£
3.2. Зернограничный фазовый переход твердофазного смачивания в поликристаллах А1-гп и А1-М§
3.2.1. Зернограничный фазовый переход твердофазного
смачивания в поликристаллах А1-]^
3.2.2. Зернограничный фазовый переход твердофазного
смачивания в поликристаллах А1^п
3.3. Фазовый переход смачивания в бикристаллах алюминия
Глава IV. Фазовые переходы смачивания на тройных стыках границ зерен в сплавах А1^п и А1-гп-М§
Глава V. Построение линии зернограничного солидуса в сплавах на основе алюминия
5.1. Исследование структуры и свойств сплавов на основе алюминия, полученных методом кручения под высоким давлением
5.2. Исследование фазового перехода смачивания методом дифференциальной сканирующей калориметрии
5.3. Наблюдение зернограничных фаз в сплавах А^п с помощью высокоразрещающей электронной микроскопии
5.4. Возможность влияния зернограничных фазовых переходов на высокотемпературную высокоскоростную сверхпластичность в сплавах на основе алюминия
Глава VI. Исследование огранки двойниковых границ зерен по контактному углу границы с расплавом
6.1. Фазовый переход фасетирования в бикристаллах алюминия. Построение диаграмм Вульфа
6.2. Фазовый переход фасетирования в бикристаллах Мо
Выводы
Литература

Большинство металлов и сплавов, применяемых в технике, имеют поликристаллическую структуру. Свойства поликристаллических материалов зависят от поведения и параметров внутренних границ раздела (границ зерен и межфазных границ). Поэтому изучение процессов, происходящих на границах раздела в поликристаллах, привлекает к себе внимание исследователей.
Сравнительно недавно были обнаружены так называемые фазовые переходы на границах зерен (ГЗ) и начато их подробное исследование. К таким переходам можно отнести фазовый переход смачивания, происходящий в двух-, трех- и многокомпонентных системах. В однокомпонентных системах могут также происходить зернограничные фазовые переходы, например, фазовый переход “огранение - потеря огранки” (или фасетирования), которые связаны с кристаллографическими особенностями границ зерен и межфазных границ. Структурные изменения неизбежно приводят к изменению физических свойств материалов. Например, формирование зернограничных прослоек может существенно влиять на такие свойства материала, как хрупкость, пластичность, диффузионная проницаемость, коррозионная стойкость и др.
В результате исследований зернограничных фазовых переходов на традиционных объемных фазовых диаграммах появляются новые линии, описывающие свойства поликристалла с границами раздела. Такие зернограничные линии на фазовых диаграммах необходимо принимать во внимание - особенно при исследовании свойств материалов с нанокристаллическим размером зерен, поскольку традиционные фазовые диаграммы часто не годятся для объяснения формирующейся структуры и особенностей физических свойств поликристаллов. Это связано с существованием зернограничных фазовых переходов, которые оказывают слабое влияние на свойства крупнокристаллических материалов, но критически важны для нанокристаллических, где объемная доля границ зерен и тройных стыков (ТС) существенно возрастает. Поэтому расположение линий

2.2.3. Получение бикристаллических затравок и выращивание плоских бикристаллов с различной геометрией расположения зерен
Бикристалл выращивается от двух монокристаллических затравок (рис. 20). Для бездеформационной резки используется электроискровой станок. В зависимости от того, какие углы разворота соседних зерен заданы изначально, можно применять различные способы “раскроя” затравок,
а) Граница может быть несимметричной, тогда затравки привариваются под необходимыми углами. Чтобы граница бикристалла не отклонялась от изначально заданного положения, в поликристаллической заготовке предварительно делается разрез (рис. 21).
;жшк
Я» • •**' * ■ • Г-."
Монокристалличе- Расплавляемая
ская затравка область Заготовка
Рис. 20. Способ раскроя затравок
для бикристалла. Рис. 21. Схема изготовления
бикристалла.
б) Если требуется получить бикристалл с симметричной границей, то можно разрезать монокристаллическую затравку под нужным углом на две части и затем сложить по плоскости разреза, перевернув одну из затравок на 180° (рис. 22а). При этом совершается только один разрез, что позволяет избежать лишней деформации затравки. В результате, граница бикристалла оказывается строго симметричной, а угол разориентации бикристалла равен удвоенному углу между направлением плоскости реза и направлением плоскости, относительно которой мы хотим получить симметричную границу [13].
в) Еще один способ взаимного расположения зерен в бикристалле - “зерно в зерне”. Для этого в монокристаллической затравке вырезается сердцевина