Моделирование термически индуцированных процессов диффузии и фазообразования в слоистых бинарных металлических системах

• Автор: Сухоруков, Иван Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ДИФФУЗИЯ И ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СЛОИСТЫХ БИНАРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
§1.1. Феноменологическая теория диффузии
§1.2. Механизмы диффузии
§1.3. Диффузия в бинарных системах. Соотношение Даркена
§1.4. Диффузия в трехкомпонентных системах
§1.5. Закон Аррениуса и коэффициенты взаимной диффузии
§1.6. Мессбауэровские и рентгеновские исследования слоистых бинарных
металлических систем
§1.7. Цель и задачи исследования
ГЛАВА II. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ И ФАЗООБРАЗОВАНИЯ И ЕЕ ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
§2.1. Основные положения модели
§2.2. Диффузия в слоистых бинарных металлических системах
(металл-металл)
§2.3. Диффузия в металлических системах с тремя изотопами
двух элементов
§2.4. Диффузия в слоистых системах металл-металлоид
§2.5. Математическая формулировка задачи и метод ее решения
§2.6. Расчет относительных интенсивностей парциальных мессбауэровских спектров образующихся фаз
§2.7. Оценка относительного содержания фаз в области проникновения в
систему рентгеновского излучения
§2.8. Основные функциональные возможности и описание программы
DIFFUSION
§2.9. Краткие итоги
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ
§3.1. Влияние дискретности представления слоистой системы
§3.2. Моделирование процесса стабилизации неоднородного по глубине
структурно-фазового состояния
§3.3. Влияние коэффициентов диффузии и особенностей фазовой диаграммы на процессы диффузии и фазообразования
§3.4. Влияние толщины слоистой системы на процесс стабилизации
§3.5. Краткие итоги

ГЛАВА IV. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ИССЛЕДОВАННЫХ СЛОИСТЫХ СИСТЕМ
§4.1. Система Ре-Ті
4.1.1. Изохронные отжиги
4.1.2. Изотермические отжиги
§4.2 Система
4.2.1. Изохронные отжиги
4.2.2. Изотермические отжиги
§4.3 Система Бе-Бп
4.3.1. Изохронные отжиги
4.3.2. Изотермические отжиги
§4.4. Система Си-Ве
4.4.1. Изохронные отжиги
4.4.2. Изотермические отжиги
§4.5. Система с тремя изотопами двух элементов 57Ге Ті—Ие(Ті) 7Ге
§4.6. Имплантационная система 57Ре:0+
§4.7. Краткие итоги
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Основные результаты и выводы
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
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 [1-10]. К таким технологиям относятся, в частности, ионно-плазменное 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 [11-20]. 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 Ве, А1, 8п, Ъх и Т1, полученные методами ионноплазменного осаждения [11-20], а также имплантационные системы Ре:В+,

Возможны также и другие способы изготовления образцов, например, получение многослойной системы. В этом случае на подложку будет наноситься поочередно несколько слоев, с различной концентрацией компонентов.
Граничные условия могут определяться отсутствием потоков компонентов на границах слоистой системы. Поскольку плотность потока соответствующей компоненты на данной глубине и в данный момент времени можно записать в виде:
дС(х,()
J(x,t) = £>(х,0-

то, граничными условиями будут
дС(х, О

дС(х)

= 0.
(2.26)
(2.27)
Х-(1
Если считать, что в процессе термических отжигов с обеих поверхностей слоистой системы происходят потери компонентов, то граничные условия будут:
1 5Сд(х,/)
СА(х,0 дt
= Р,
(2.28)
х~0,с
где й - толщина всей слоистой системы, а /дШ‘ - плотность вероятности выхода атома металлоида с поверхности.
Таким образом, для каждого из случаев (§2.2~§2.4) необходимо решить соответствующую систему уравнений с начальными и граничными условиями. Для решения поставленных задач использовался метод конечных разностей [40,41]. Пространственно-временная область
£> = {(х,0: х е [0,й?],7 е [0,7"] разбивалась на сетку О. - о)кхсоп состоящую из множества узлов, где а>1г и со1 определяются как:
0 = х0 < х1 < < хм = <
хп=х0 + пк,

(2.29)