Поверхностное натяжение свободной поверхности и границ зерен в системах на основе меди

• Автор: Жевненко, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Термодинамические свойства поверхностей раздела

1.2. Измерение натяжения поверхностей раздела в чистых металлах и растворах с использованием равновесной конфигурации трех границ

1.3. Метод нулевой ползучести

1.4. Экспериментальные результаты измерения поверхностного натяжения свободной поверхности методом нулевой ползучести

1.5. Механизмы деформации образцов в условиях экспериментов

1.6. Модели адсорбции на поверхностях раздела

1.7. Энергия взаимодействия растворенного вещества с поверхностью

1.8. Связь поверхностного натяжения границ зерен с зернограничным коэффициентом диффузии. Формула Борисова

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Подготовка материалов и образцов

2.2.' Измерение деформации образцов
2.3. Измерение углов при вершине канавок термического травления
2.4. Оценка погрешностей измерения
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Поверхностное натяжение свободной поверхности и границ зерен чистой меди
3.2. Поверхностное натяжение свободной поверхности и границ зерен сплавов на основе меди
3.3.Модель поверхностного натяжения систем с неограниченной растворимостью. Поверхностное натяжение системы Си-Аи
3.4,Относительное адсорбционное поведение изученных систем. Корреляция
Хондроса и Сиха, «квазижидкостная» модель
3.5. Результаты, сопутствующие экспериментам по нахождению нагрузки нулевой ползучести
3.5.1. Зависимость размера зерен отожженных фольг от толщины
3.5.2. Вязкость изученных сплавов
3.5.3.0ценка коэффициентов объемной и зернограничной самодиффузии
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Содержание и структура диссертации
Поверхностное натяжение является важнейшей характеристикой границ раздела. От этой характеристики зависят многие свойства материалов, такие как адсорбция, процессы фазовых превращений (зарождение и рост зерен, рекристаллизация, зернограничные фазовые переходы и др.), механические свойства и разрушение, в особенности хрупкое и т.д. Знание этой характеристики, а также ее изменения с концентрацией и температурой особенно актуально в настоящее время в связи с развитием науки о наноматериалах и использованием этих материалов в технике. Но если методики измерения поверхностного натяжения жидкостей достигли высокой точности и разнообразия, то поверхностное натяжение твердых тел измерить с точностью выше 15 - 20 % до сих пор не удалось. Данных по поверхностному натяжению границ зерен и межфазных границ особенно мало, и работы по его определению очень редки (последняя статья, известная нам, по определению межфазного поверхностного натяжения Ag - № принадлежит Спейпену [1]). Следует отметить, что имеющиеся температурные зависимости поверхностного натяжения свободной поверхности (СП) твердых металлов очень ненадежны и строились всего по нескольким точкам, а зависимость поверхностного ■ натяжения границ зерен от температуры и вовсе детально не изучалась.
Одним из наиболее распространенных методов измерения поверхностного натяжения СП твердых (металлических) фаз является метод нулевой ползучести, предложенный и реализованный для металлов впервые Удиным [2]. Его суть состоит в изучении деформации объектов с развитой поверхностью (тонкие фольги, проволоки) под действием малых нагрузок, не превышающих предела текучести, и нахождении той нагрузки, которая полностью уравновешивает силы поверхностного натяжения. Реализация, этого метода связана со значительными техническими трудностями. В первую очередь, они касаются создания равновесных изотермических условий при температурах вблизи температуры плавления. Во-вторых, измерения столь малых деформаций (на уровне 10 мкм при размере всего образца в несколько сантиметров) требуют особой прецизионности. Следует
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Подготовка материалов и образцов
В качестве образца для измерения использовали медную фольгу чистотой 99.995 % вес. Си и толщиной 30 мкм. Для изготовления из фольги цилиндра использовали следующую оригинальную методику. Подбирали две цилиндрические кварцевые трубки таким образом, чтобы зазор между ними составлял 0.2 - 0.3 мм. Между этими кварцевыми трубками зажимали фольгу и отжигали несколько часов при 1000 °С для заварки шва и рекристаллизации (рис. 26). Затем внешнюю трубку снимали, и на «осевшую» на внутреннюю трубку (за счет разности коэффициентов теплового расширения меди и кварцевого стекла) фольгу надевали грузы из меди той же чистоты. Грузы подбирали таким образом, чтобы в дальнейшем не вызвать иного механизма деформации, кроме диффузионной ползучести. Максимальная суммарная нагрузка не превышала 14 г. Далее производился отжиг с целью приварки грузов и дальнейшей стабилизации структуры. На последнем этапе к фольге приваривали держатель и освобождали ее от внутренней кварцевой трубки. Отжиги фольг производили в небольших кварцевых контейнерах. Герметизация контейнера при нагреве достигалась за счет разности в коэффициентах теплового расширения контейнера и держателя (рис. 27). Это было необходимо для достижения равновесных условий отжига.

Рис. 25. Формирование цилиндрической фольги, а) до заварки б) во время заварки 1 - коаксиальные кварцевые трубки;
фольга