Блокировка дислокаций в монокристаллах магния в отсутствие внешнего напряжения и сопоставление с автоблокировкой в интерметаллидах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ВЛАСОВА Алиса Михайловна

БЛОКИРОВКА ДИСЛОКАЦИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ МАГНИЯ В ОТСУТСТВИЕ ВНЕШНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С АВТОБЛОКИРОВКОЙ В ИНТЕРМЕТ АЛЛ ИДАХ

01.04.07 — физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург - 2014

005549534

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов УрО РАН

Научный руководитель: Гринберг Бэлла Александровна,

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Глезер Александр Маркович, доктор физико-математических наук, профессор,

Директор Института металловедения и физики металлов им. Г.В. Курдюмова, ГНЦ ЦНИИчермет им. И.П.Бардина, г. Москва.

Ведущая организация:

Наймарк Олег Борисович,

доктор физико-математических наук,

профессор,

зав. лабораторией Института механики сплошных сред УрО РАН, г. Пермь.

ФГБОУ ВПО Томский

государственный архитектурно-

строительный университет, г.Томск.

Защита состоится «27» июня 2014 г. в 11 0 часов на заседании диссертационного совета Д 004.003.01 при Институте физики металлов УрО РАН по адресу: 620990, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, 18

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН и на сайте института www.imp.uran.ru

Автореферат разослан мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук

Лошкарева Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пластическая деформация материалов сопровождается рядом эффектов, например, образованием дислокационных петель, диполей, точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов) и вакансионных дисков, среди которых немаловажную роль играет образование дислокационных барьеров под действием приложенных напряжений. В классической литературе описываются барьеры Ломер-Котгрелла-Хирта, представляющие собой сидячие конфигурации из частичных дислокаций, соединенных вершинной дислокацией, образующиеся в результате множественного скольжения; а также завершенные и незавершенные барьеры Кира-Вильсдорфа для дислокаций в сверхструктурах. Все эти барьеры образуются в результате перестройки дислокаций под действием приложенных напряжений. Однако, как выяснилось, ряд материалов обладает особенным свойством образования термоактивированных дислокационных барьеров без помощи внешнего напряжения. Это явление, получившее название автоблокировки дислокаций, впервые экспериментально наблюдалось в интерметаллидах типа №3А1, что послужило экспериментальной основой для создания новой концепции автоблокировки дислокаций в интерметаллидах этого типа.

Среди многообразия металлов, сплавов и интерметаллидов где-то в стороне стоит группа с аномальным деформационным поведением. Прежде всего, аномальным является присущий этой группе рост предела текучести в определенном температурном интервале. Аномалия предела текучести сту(7) наблюдается во многих интерметаллидах, таких как сплавы на основе №3А1, а также в Т1А1, Т53А1 и др. Среди чистых металлов аномалия оу(Т) наблюдалась только для ГПУ металлов, таких как магний, цинк, кобальт, кадмий. Аномальная зависимость сту(7) обусловлена превращениями дислокаций из скользящих конфигураций в заблокированные конфигурации (барьеры). Эти превращения представляют собой термоактивированные процессы, которым содействуют внешние напряжения. При повышении температуры выше температуры пика сту(7) происходят обратные превращения барьеров в скользящие дислокации, которые вызывают нормальный ход сту(7). Наблюдение аномального хода оу(Т) сопровождается наблюдением вытягивания дислокаций вдоль выделенных направлений, соответствующих дислокационным барьерам. Кроме того, аномальное деформационное поведение включает в себя другую особенность, присущую этой группе. Речь идет об обнаруженной сравнительно недавно блокировке дислокаций без помощи внешних напряжений

(автоблокировке). Свидетельством автоблокировки является вытягивание дислокаций вдоль выделенных направлений, наблюдаемое после пластической деформации и последующего нагрева без нагрузки. При повышении температуры барьеры остаются неразрушаемыми, в отличие от наблюдаемых при динамическом нагружении.

Целью настоящего исследования является нахождение эффекта автоблокировки дислокаций в гексагональном плотноупакованном металле - магнии, установление закономерностей и выявление механизмов термоактивированных переходов дислокаций между долинами потенциального рельефа в сопоставление особенностей кубического скольжения {001} <110> в интерметаллидах типа №3А1 и пирамидального скольжения {1122} < пгз > в магнии.

Материалом для исследования явились монокристаллы Мд с ориентировкой < ООО 1 > и <1120>, поликристаллический магний, чистотой 99,8% и магниевый сплав МА2-1.

Для реализации цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Проведение экспериментов по предварительной пластической деформации монокристаллов магния (вдоль направлений <0001> и <1210>) и последующему нагреву без нагрузки, экспериментальное исследование дислокационной структуры монокристаллов магния с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии.

2. Анализ эволюции дислокационной структуры в результате нагрева без нагрузки первоначально деформированных монокристаллов магния путем проведения ¿»¿-анализа и следового анализа. Определение кристаллогеометрических характеристик заблокированных дислокационных конфигураций (вектор Бюргерса, направление дислокационной линии прямолинейных сегментов).

3. Определение систем скольжения, ответственных за эффект блокировки дислокаций в отсутствие внешних напряжений в магнии.

4. Модель эффекта автоблокировки в магнии с гексагональной кристаллической решеткой, выявляющая механизмы образования дислокационных барьеров в отсутствие напряжений.

5. Выявление общих закономерностей термоактивированного движения дислокаций пирамидальных и кубических систем по потенциальному рельефу

6. Определение механизмов движения краевых сегментов (с+а)-дислокаций по потенциальному рельефу.

Научная новизна

1. Обнаружено явление блокировки дислокаций в отсутствие приложенного напряжения в металлическом Т^.

2. Определены кристаллографические характеристики заблокированных сидячих дислокационных конфигураций: вектор Бюргерса дислокаций, претерпевающих автоблокировку, а также кристаллографическое направление, вдоль которого вытягиваются дислокационные сегменты.

3. Выявлен механизм движения дислокационных перегибов в магнии в отсутствие приложенных напряжений.

4. Предложена внутренняя структура низкоэнергетической дислокационной конфигурации, обуславливающей автоблокировку краевых сегментов (с+а) дислокации в магнии.

5. Путем сравнительного анализа кубического скольжения <110> {001} в интерметаллидах типа №3А1 и пирамидального скольжения {И22}<1123> в магнии, показано, что скольжение дислокаций по исходным плоскостям, которые не являются плоскостями плотной упаковки, определяется особенностями рельефа Пайерлса; низкоэнергетические дислокационные конфигурации возникают в результате расщепления дислокаций в плотноупакованной плоскости, пересекающей исходную плоскость скольжения.

Практическая значимость работы

В рамках фундаментальной проблемы термоактивированных переходов дислокаций между долинами потенциального рельефа дислокации в кристаллах с высоким напряжением Пайерлса показана возможность движения сегментов дислокационных петель в магнии в отсутствие приложенных напряжений. Каркас из заблокированных дислокаций, являющихся неразрушаемыми при повышении температуры барьерами, имеет перспективы применения в условиях высоких температур и низких напряжении (до о0 2), например, при ползучести.

Аномальный ход деформационных характеристик является отличительной чертой не только металлического магния, но ряда сплавов на его основе, являющихся основным конструкционным материалом для аэрокосмической промышленности, электроники, оборудования для радиосвязи. В последние годы магниевые сплавы широко применяются в автомобилестроении, с целью понижения веса конструкции и ее удешевления. В основе конструирования новых материалов, макроскопические свойства которых используются, лежат различного рода микромеханизмы

блокировки дислокаций. Создание барьеров посредством термических флуктуации можно рассматривать как один из этапов упрочнения этих материалов.

Магний и его сплавы используются в качестве накопителей водорода. Водородная энергетика получила международное признание, как одно из ведущих перспективных направлений развития глобальной энергетики в XXI веке. Магний может связывать большое количество водорода (в расчете на единицу массы) - 7,6%. Автоблокировка дислокаций в магнии открывает перспективы развития направленной сорбционной емкости магния. Дислокационные конфигурации, вытянутые вдоль выделенных направлений, образуемые в результате блокировки дислокаций могут являться каналами, в которых обратимое накопление водорода идет вдоль этих направлений. Это может служить основой для нанотранспортирования водорода. Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

• Обнаружение явления блокировки дислокаций в металле М§ в отсутствие приложенного напряжения.

• Нахождение вектора Бюргерса дислокаций, подвергающихся автоблокировке, и определение их ориентация: это краевые (с+а)-дислокации, параллельные кристаллографически выделенному направлению и=<ноо> пересечения плоскостей базиса(ооо1) и пирамиды второго рода {П22}. За автоблокировку в монокристаллах магния ответственна пирамидальная система скольжения второго рода{1122} < 1123 >.

• Модель образования дислокационных барьеров при нулевом внешнем напряжении в магнии, согласно которой барьер образуется в результате расщепления полной краевой (с+а)-дислокации; это плоская конфигурация, состоящая из частичных дислокаций, связанных полосами дефекта упаковки с вершинной дислокацией.

• Нахождение общих черт кубического скольжения {оо1}<по>в интерметаллидах типа №3А1 и пирамидального скольжения {1122} < 1123 > в магнии, присущих различным материалам, общим специфическим свойством которых является образование барьеров в отсутствие внешнего напряжения; низкоэнергетическая конфигурация возникает в результате расщепления в плотноупакованной плоскости, пересекающей исходную.

• Температурная аномалия предела текучести и автоблокировка в магнии (аномалии деформационного поведения) определяются

двухдолинным характером потенциального рельефа дислокации

при пирамидальном скольжении второго рода {П22}<1123>

Личный вклад автора

Постановка задачи (совместно с научным руководителем Б.А. Гринберг). Ориентировка монокристаллов магния (совместно с В.А. Сазоновой). Постановка и проведение экспериментов по пластической деформации и последующему нагреву без нагрузки, а также по быстрому и медленному охлаждению монокристаллов Mg после предварительной деформации, изготовление экспериментальных образцов из литых монокристаллических заготовок, получение заготовок электронно-микроскопических фольг заданной ориентировки методами механического утонения; получение тонких фольг из таких заготовок для электронной микроскопии из Mg методом электролитической полировки; работа на просвечивающих электронных микроскопах (совместно с О.В. Антоновой); обработка электронно-микроскопических изображений, расшифровка электронограмм, проведение ^¿-анализа, следового анализа; обсуждение полученных результатов и интерпретация экспериментальных результатов (совместно с Б.А. Гринберг); написание статей и тезисов докладов конференций.

Результаты исследований неоднократно докладывались лично диссертантом на российских и международных конференциях.

Достоверность полученных результатов

Обоснованность выносимых на защиту положений, выводов, сформулированных в работе, обеспечена корректностью постановки задачи, использованием современных методов исследования структуры, воспроизводимостью результатов и согласованием результатов с данными других исследований.

Основные результаты получены на оборудовании отдела электронной микроскопии Центра коллективного пользования ИФМ УрО РАН «Испытательный центр нанотехнологий и перспективных материалов», который признан технически компетентным и аккредитован как испытательная лаборатория Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (аттестат аккредитации per. № РОСС 1Ш.В503.04НЖ00.66.04.0031 действителен до 16.12.2014 г).

Соответствие_содержания_диссертации_паспорту

специальности, по которой она рекомендуется к защите

Работа соответствует формуле и пункту 1 области исследования специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния: «1. Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы

свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления».

Апробация работы

Материалы диссертации были изложены на следующих конференциях:

ХЬУШ и ХЫХ Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс», Новосиб.гос.ун-т. (Новосибирск, 2010,2011).

XI, XII Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества. (Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2010, 2011).

XI, XII, XIII международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. (Екатеринбург, УрФУ, 2010,2011,2012).

II московские чтения по проблемам прочности материалов посвященные 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна (Москва, Черноголовка, 2011).

«Физическое материаловедение»: V международная школа с элементами научной школы для молодежи: «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция (Тольятти, ТГУ, 2011).

IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2012).

54 международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Екатеринбург, 2013).

Публикации:

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ (включая 5 входящих в Перечень ВАК и 1 статья в зарубежных периодических изданиях), отражающих основное содержание работы.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа содержит 115 страниц машинописного текста, 53 рисунка, 6 таблиц, 39 формул. Список цитируемой литературы включает 95 наименований.

Связь работы с научными программами, темами: Данное исследование выполнено в Институте физики металлов УрО РАН в соответствии с основным научным направлением лаборатории (тема

«Структура» № г.р.01.2.006 13392) при финансовой поддержке РФФИ (грант 14-02-00015).

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируется цель работы и поставлены задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, аргументирована достоверность полученных результатов, отражена апробация результатов работы и определен личный вклад автора.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, посвященный консервативному и неконсервативному движению дислокаций, приводится закон Шмида, описываются рельеф Пайерлса, аномалия предела текучести в интерметаллидах. Приводятся экспериментальные результаты наблюдения автоблокировки в интерметаллидах.

Во второй главе описаны использованные в диссертации материалы, методы исследования и методика эксперимента.

Монокристаллы подвергались предварительному

гомогенизационному отжигу. Призматические образцы вырезали из литых монокристаллических заготовок методом электроискровой резки с применением гониометрической приставки для рентгенографического анализа кристаллографической ориентации монокристаллических образцов.

Деформацию образцов монокристаллического магния осуществляли сжатием вдоль направлений <0001>и<1120>на величину 0,5-1,0 % со скоростью порядка 0.5 мм/мин при Т=25-170 °С. Отжиг проводился при температуре Т=50 °С. После предварительной деформации и отжига образцы охлаждались на воздухе, либо в воде. Определение температуры проводилось с использованием термопар типа хромель-алюмель.

Деформацию поликристаллического магния осуществляли осадкой в обойме на 32%, нагрев осуществляли при Т=350 °С с последующим охлаждением с печью. Деформацию сплава МА2-1 проводили на 2% при Т=150 СС с последующим отжигом при температуре Т=50 "С.

Фольги для электронной микроскопии вырезались параллельно плоскости базиса и призмы первого рода. Шлифование производилось вручную на неподвижной плоской стеклянной поверхности, покрытой абразивной бумагой до толщины Ь=0,2 мм, во избежание изменения исследуемой дислокационной структуры. Окончательное утонение производилось травлением в 10 %-ном водном растворе НЫ03 при

комнатной температуре. Электролитическая полировка производилась в растворе 3 % хлорной кислоты НСЮ4 в этиловом спирте.

Дислокационную структуру сплавов изучали методами электронной просвечивающей микроскопии на микроскопе JEM 200СХ и Philips СМ-30 при ускоряющем напряжении U=200, 300 кВ. Определение векторов Бюргерса дислокаций проводилось методом gb-анализа, определение направления дислокационных линий - методом следового анализа по трем сечениям обратной решетки.

Третья глава посвящена результатам электронно-микроскопического анализа дислокационной структуры предварительно деформированных < oooi > монокристаллов и < 1120 > монокристаллов магния, что демонстрирует вытягивание дислокаций вдоль выделенных направлений. Определяются кристаллогеометрические характеристики полученных дислокационных барьеров.

Магний является хорошим объектом для исследования автоблокировки дислокаций по ряду причин. Во-первых, магний обладает аномальным деформационным поведением (рис.1).

ц , ми-. у! .... ___ ____

Рис. 1 Температурная зависимость предела текучести монокристаллов магния различных ориентировок

а - < oooi > ориентировка [1], б - < 1120 > ориентировка [2] Во-вторых, ранние исследования дислокационной структуры показывают, что после деформации в определенных температурных интервалах наблюдаются заблокированные дислокационные конфигурации, тогда как они отсутствуют после деформации в других температурных интервалах. Показана блокировка (с+а) дислокаций, принадлежащих пирамидальным системам скольжения второго рода, при динамическом нагружении в области аномального хода ау(7), При этом природа эффекта остается невыясненной. Феноменологический подход к описанию дислокационной структуры деформированного

о

1 СО ?СО 3C0 401) SCO С- С j

г/к

магния не связывает структуру с аномальными свойствами. Можно заметить некоторые противоречия в результатах исследований дислокационной структуры деформированного магния у других авторов. Например в [2], при деформации магния примерно на 180 К выше, чем Tmaii, в области нормального хода сту (7), наблюдаются заблокированные дислокации, также как в области аномального хода ау (7). Это противоречие нельзя разрешить, без понимания сущности эффекта вытягивания дислокаций в магнии в отсутствие приложенных напряжений и без построения модели автоблокировки.

После деформации монокристаллов магния при 150 °С наблюдается дислокационная структура, которую удается зафиксировать, благодаря быстрому охлаждению в воду. На рис. 2а приведено изображение дислокационной структуры, наблюдаемой после деформации монокристалла, ось которого не совпадает с осью с и не лежит в плоскости базиса

На рис. 26 приведено изображение дислокационной структуры, наблюдаемой после деформации монокристалла с осью, близкой к оси с. Отчетливо видна петля (с+а) дислокации в плоскости пирамиды второго рода. На рис. 2в приведена микрофотография дислокационной структуры, наблюдаемой после деформации монокристалла с осью, близкой к оси а. Именно изображенная на рис. 26,в дислокационная структура, состоящая из криволинейных дислокаций, является исходной для последующих экспериментов.

«ими > , . _____

Рис 2 Дислокационная структура Mg после деформации при 150 °С и быстрого охлаждения: а - базисное скольжение; б- пирамидальное скольжение второго рода (с-ориентировка); в - пирамидальное скольжение второго рода (а-ориентировка)

В результате медленного охлаждения предварительно деформированного при 150 °С монокристалла магния с ориентировкой <0001 > произошло радикальное изменение дислокационной структуры. На рис. 3 показаны прямолинейные дислокационные сегменты.

Рис. 3 Дислокационная структура <0001> монокристаллов Mg после деформации при 150 °С и последующего нагрева при Т=50 °С: а, б -прямолинейные дислокации; в, г - выделенные направления; д - переход от криволинейной дислокации к прямолинейной; е - пилообразная форма (с+а) дислокаций

Выстроенные вдоль выделенных кристаллографических направлений дислокации являются барьерами, то есть сидячими дислокационными конфигурациями (в отличие от скользящих).

Для прямолинейных дислокаций, образующихся после деформации при 150 °С и последующего нагрева при Т=50 °С, изображения которых представлены на рис. 4, был проведен ^¿»-анализ и следовой анализ с целью определения кристаллогеометрических характеристик сидячих дислокационных конфигураций.____

Рис. 4 Прямолинейные краевые дислокации (с+а) (после деформации при 150 °С и последующего нагрева при Т=50 °С): а - светлопольное изображение; б, в - темнопольное изображение в рефлексах #=(1101) и g=(Ioio) соответственно

Было установлено, что длинные прямолинейные дислокации являются краевыми с вектором Бюргерса (с+а), лежащими в кристаллографической плоскости пирамиды второго рода, вытянутыми вдоль направлений <iioo>, параллельных линиям пересечения плоскостей пирамиды второго рода ¡1122} с плоскостью базиса (0001).

Для определения вектора Бюргерса вытянутых заблокированных дислокаций, образующихся в результате предварительной деформации и последующего отжига без нагрузки < 1120 > монокристаллов магния проведен ^й-анализ и следовой анализ, в результате которого установлено, что дислокации претерпевающие автоблокировку являются краевыми с вектором Бюргерса (с+а). На рис. 5 приводятся светлопольные изображения прямолинейных дислокационных сегментов; на рис. 56, в - темнопольные изображения в рефлексах(ЮП) и (2ТТ2), соответствующих погасаниям дислокаций с вектором Бюргерса

а ^ .

¿=-[2113].

Рис. 5 Прямолинейные краевые дислокации (с+а)\ а - светлопольное изображение; б, в -т.п. в рефлексах g=(loTl)и §=(2112) соответственно.

После деформации < 1120 > монокристалла магния на 0,5% и последующего отжига в течение 5 мин с быстрым охлаждением в воде зафиксированы начальные стали вытягивания дислокаций параллельно кристаллографически выделенных направлений (рис. 6).

Рис. 6 Начальные стадии вытягивания дислокаций вдоль выделенных направлений в магнии (деформация е = 0,5% и последующий отжиг в течение т=5 мин с быстрым охлаждением).

Быстрое охлаждение в воде позволяет остановить кинковый термофлуктуационный процесс движения одиночных перегибов краевых сегментов (с+а) дислокаций; тем самым электронно-микроскопически удается исследовать дислокационную структуру, в которой наблюдаемые дислокации претерпели спрямление частично, одновременно с прямолинейными дислокационными барьерами в структуре сосуществуют перегибы.

Экспериментально наблюдалась in situ (под электронным пучком в колонне электронного микроскопа) работа плоского дислокационного источника Франка-Рида под действием внутренних напряжений, создаваемых прямолинейными дислокациями (рис.7).

Рис. 7 Электронно-микроскопическое изображение работы дислокационного источника Франка-Рида: а-до включения, б-после включения

Четвертая глава диссертации посвящена движению дислокаций в магнии по однодолинному и многодолинному потенциальному рельефу (рис.8, 9). Для того чтобы сегмент дислокационной петли в магнии из свободной геометрически неправильной формы превратился в прямолинейный необходимо наличие термических флуктуации. При наличии термической активации дислокация из пайерлсовской долины переходит в самую глубокую долину потенциального рельефа, тем самым понижая свою энергию. Переход в низкоэнергетическую конфигурацию совершается в несколько этапов. Сначала на краевом сегменте (с+а)-дислокации образуется двойной перегиб, который переориентируется в ассиметричный, и движением бокового перегиба дислокационный краевой сегмент (с+л)-дислокации принимает геометрически правильную прямолинейную форму.

WW

Рис. 8 Одиодолинный потенциальный рельеф дислокации в магнии

Рис. 9 Двухдолинный потенциальный рельеф краевой (с+о)-дислокации в магнии

Представлена модель, объясняющая экспериментально наблюдаемое образование сидячих дислокационных конфигураций (барьеров) в магнии в результате нагрева без внешнего напряжения предварительно деформированных образцов. Получена дислокационная реакция расщепления полной краевой (с+а)-дислокации в плоскости базиса (oooi) и определен коэффициент, учитывающий упругое отталкивание между частичными дислокациями as и 5В

Предполагая возможность расщепления я-дислокации на частичные с векторами Бюргерса типа l/3<l l00> согласно реакции (1) расщепление (с+а) дислокации можно представить в виде:

(с+а)= р, + (р2 + сНР, + с) + р2=Р, + с + р2 (1)

Указанное расщепление может испытывать только краевой сегмент (с+а) дислокации. Расщепление становится возможным, благодаря взаимному упругому отталкиванию частичных дислокаций. В результате возникает плоская конфигурация, состоящая из частичных дислокаций, связанных полосами дефекта упаковки (ДУ) с вершинной дислокацией (рис. 10).

Рис. 10 Схематическое изображение дислокационных барьеров в магнии

Можно полагать, что именно эта заблокированная конфигурация, расщепленная в плоскости базиса, является той низкоэнергетической конфигурацией, которой соответствует глубокая долина потенциального рельефа краевой (с+я^-дислокации. В случае высокой энергии дефектов упаковки [3,4] заблокированным может быть размазанное ядро (с+а)-краевой дислокации, где смещения атомов локализованы вблизи плоскости базиса. Поскольку в исходном состоянии дислокация находится в плоскости пирамиды второго рода, то расщеплению дислокации в плоскости базиса (или размазыванию ядра в плоскости базиса) должно предшествовать ее стягивание. Такой стянутой форме дислокации соответствует высокий барьер, отделяющий глубокую долину от менее глубоких.

Показано, что потенциальный рельеф краевой (с+д> дислокации при пирамидальном скольжении второго рода является двухдолинным; следствием этого является наблюдение в магнии температурной аномалии предела текучести и автоблокировки;

Кристаллы с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой, несмотря на ограниченное число систем скольжения, являются удачными объектами для наблюдения автоблокировки. Резкое различие между легким базисным скольжением и пирамидальным скольжением, которое является вынужденным, определяет, в конечном счете, двухдолинный характер потенциального рельефа краевой (с+а)-дислокации.

Пятая глава посвящена сравнению пирамидального и кубического скольжения.

В обоих случаях плоскости скольжения не являются плоскостями плотной упаковки. Испускание частичной дислокации с образованием дефекта упаковки (ДУ) приводит к выигрышу энергии де,р, . В результате возникает низкоэнергетическая расщепленная конфигурация, принадлежащая пересекающимся плоскостям (исходной и плоскости плотной упаковки).

Для кубического скольжения это различные формы барьера Кира-Вильсдорфа, содержащие полосы комплексного дефекта упаковки, для пирамидального скольжения - плоская конфигурация, для которой вершинная с-дислокация связана полосами дефекта упаковки с частичными. В случае высокой энергии дефекта упаковки уже нельзя говорить о расщеплении на частичные, а только о размазывании ядра, имитирующем в какой-то степени это расщепление. Низкоэнергетическая конфигурация соответствует глубокой долине потенциального рельефа дислокации. Она отделена от соседней, мелкой (менее глубокой), долины высоким холмом, которому соответствует стянутая форма дислокации.

В обоих случаях скольжение дислокаций по исходным плоскостям, которые не являются плоскостями плотной упаковки, определяется, как мы полагаем, рельефом Пайерлса с многочисленными, менее глубокими, чем рассмотренные выше, долинами и менее высокими холмами. Мелкая долина - это долина Пайерлса; холм, разделяющий мелкие долины, - барьер Пайерлса. Такой рельеф имеет место, например, для размазанного ядра дислокации, где смещения атомов локализованы вблизи исходной плоскости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Аномальное деформационное поведение магния, включающее температурную аномалию ау(7) и автоблокировку дислокаций, обладают единой природой. По результатам работы можно сделать следующие выводы:

• Обнаружено явление блокировки дислокаций в отсутствие внешних напряжений в <0001>монокристаллах и <1120 > монокристаллах магния, а также в поликристаллическом магнии и сплаве МА2-1 на его основе.

• Методом £Й-анализа определен вектор Бюргерса дислокаций, подвергающихся автоблокировке, и определена их ориентация: это краевые (с+а)-дислокации, параллельные кристаллографически выделенному направлению и=<йоо> пересечения плоскостей базиса<ооо1) и пирамиды второго рода {1122}. Показано, что за

автоблокировку в монокристаллах магния ответственна пирамидальная система скольжения второго рода{П22}<1123>.

• Предложена модель автоблокировки в магнии, объясняющая механизмы образования дислокационных барьеров в монокристаллах при нулевом внешнем напряжении, согласно которой барьер - это плоская конфигурация, состоящая из частичных дислокаций, связанных полосами дефекта упаковки с вершинной дислокацией.

• Определено, что аномалию предела текучести и автоблокировку (аномальный температурный ход его деформационных характеристик) в магнии обуславливает двухдолинный характер потенциального рельефа дислокации при пирамидальном скольжении второго рода.

• Проведен сравнительный анализ кубического скольжения {001} <110> в интерметаллидах типа №3А1 и пирамидального скольжения второго рода {1122} < 1123 > в магнии. Показано, что в обоих случаях скольжение дислокаций по исходным плоскостям, которые не являются плоскостями плотной упаковки, определяется особенностями рельефа Пайерлса; низкоэнергетическая конфигурация возникает в результате расщепления в плоскости, пересекающей исходную.

Автоблокировка краевой (с+я)-дислокации и многодолинный потенциальный рельеф краевой (с+а)-дислокации взаимосвязаны. Автоблокировка - это понижение энергии дислокации за счет изменения ее кристаллогеометрических характеристик: это либо расщепление дислокации, либо образование планарной конфигурации, либо образование дислокационных барьеров. Данный переход происходит без помощи внешних напряжений. В любом случае, стабильное и равновесное состояние дислокация приобретает в случае перехода из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое состояние. Переход краевой (с+а)-дислокации из одного состояния в другое происходит путем образования двойного перегиба и движения противоположных одиночных. Движение одиночных перегибов обусловлено наличием движущей силы, связанной с разностью в энергиях между различными дислокационными состояниями. Двойной перегиб трансформируется, приобретает несимметричную форму, его движение обеспечивает изменение формы дислокационной линии на прямолинейную.

Электронно-микроскопическое исследование автоблокировки дает возможность определить особенность потенциального рельефа дислокации в любом материале.

Заблокированная дислокационная конфигурация, расщепленная в плоскости базиса, является той низкоэнергетической конфигурацией, которой соответствует глубокая долина потенциального рельефа краевой (с+а) дислокации. В случае высокой энергии дефектов упаковки заблокированным может быть размазанное ядро (с+а) краевой дислокации, где смещения атомов локализованы вблизи плоскости базиса.

Для исследованных в настоящей работе пирамидального скольжения в магнии и кубического скольжения в интерметаллиде Ni3Ge двухдолинный рельеф имеет близкую форму. В обоих случаях скольжение дислокаций по исходным плоскостям, которые не являются плоскостями плотной упаковки, определяется рельефом Пайерлса. Мелкая долина - это долина Пайерлса; холм, разделяющий мелкие долины, - барьер Пайерлса. Такой рельеф имеет место, например, для размазанного ядра дислокации, где смещения атомов локализованы вблизи исходной плоскости скольжения пирамиды второго рода. Низкоэнергетическая конфигурация, соответствующая глубокой долине потенциального рельефа, возникает в результате расщепления дислокации или размазывания ее ядра в плоскости плотной упаковки, пересекающей исходную. Глубокая долина отделена от соседней, мелкой (менее глубокой) долины высоким холмом, которому соответствует стянутая форма дислокации.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях: Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК:

AI. Обнаружение автоблокировки (с+а^-дислокаций в магнии / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, О.В. Антонова, А.М. Власова, H.A. Кругликов, A.B. Плотников // Известия ВУЗов. Физика.-2011.- Т. 54, №8.-С. 58.

А2. Первое наблюдение в чистом металле блокировки дислокаций без помощи внешнего напряжения / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, О.В. Антонова, A.M. Власова // Кристаллография.-2012.-Т,- 57, № 4.-С. 603.

A3. Власова, A.M. Блокировка дислокаций в монокристаллах магния в отсутствие внешнего напряжения и сопоставление с автоблокировкой в интерметаллидах / A.M. Власова // Фундаментальные исследования,- 2013.-№ 11 (часть 3). -С. 447450; URL: www.rae.ni/fs/?section=content&op=show article&article id=10002408 A4. Блокировка (с+я)-дислокаций в монокристаллах магния в отсутствие внешнего напряжения / А.М.Власова, Б.А.Гринберг, М.А.Иванов, О.В .Антонова, A.M. Пацелов //Деформация и разрушение материалов.- 2014.-№4.-С. 10-14.

А5. Власова, A.M. Аномалии деформационного поведения монокристаллического магния / А.М.Власова, Б.А.Гринберг // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. -2014.-T.il, №1.- С. 105-109.

Статьи в журналах, не входящих в перечень ВАК:

А6.Блокировка дислокаций без помощи внешнего напряжения: эксперимент и теория / Б.А.Гринберг, М.А.Иванов, О.В.Антонова, A.M. Пацелов, А.В.Плотников, A.M. Власова // Успехи физики металлов.-2013.-Т. 14.-№2. С. 107

Тезисы докладов

А7. Власова, A.M. Электронно-микроскопическое исследование автоблокировки дислокаций в магнии // Материалы XLVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Физика (Новосибирск, 2010).-С. 274.

А8. Микроструктура и механические свойства магния после сильной пластической деформации в условиях всестороннего сжатия / H.A. Кругликов, Б.И. Каменецкий, A.M. Власова, А.Ю. Волков // Сборник материалов XIX Петербургских чтений по проблемам прочности. - 4.2. (Санкт-Петербург, 2010).- С. 228.

А9. Электронно-микроскопическое наблюдение вытягивания дислокаций вдоль выделенного направления в интерметаллиде Ni3Ge / A.M. Власова, Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, О.В. Антонова, A.B. Плотников, H.A. Кругликов, Ю.В. Соловьева // Материалы XI Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург,2010).-С. 146.

А10. Автоблокировка дислокаций в интерметаллиде Ni3Ge при кубическом скольжении: экспериментальные данные / А.В.Плотников, Б.А.Гринберг, М.А.Иванов, О.В.Антонова, Н.А.Кругликов, Ю.В.Соловьева, А.М.Власова // Материалы XI Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург,2010).- С. 162.

All. Реконструкция потенциального рельефа дислокации путем наблюдения автоблокировки / A.M. Власова, Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, О.В. Антонова, A.B. Плотников, H.A. Кругликов, Ю.В. Соловьева // Материалы XI международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. (Екатеринбург, 2010).- С. 195.

А12. Первое наблюдение автоблокировки дислокаций в магнии / А.М. Власова, Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, H.A. Кругликов, О.В. Антонова // Материалы XLIX Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Физика (Новосибирск, 2011).-С. 303.

А13. Гринберг, Б.А.Первое наблюдение в чистом металле блокировки дислокаций без помощи внешнего напряжения / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, A.M. Власова // Материалы II московских чтений по проблемам прочности материалов посвященные 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна (Москва, Черноголовка, 2011).-С. 46.

А14. Плотников, A.B. Автоблокировка дислокаций в интерметаллидах типа Ni3Al: обнаружение эффекта и его интерпретация / A.B. Плотников, Б.А. Гринберг, A.M. Власова И «Физическое материаловедение»: V международная школа с элементами научной школы для молодежи: «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция; сб. материалов (Тольятти, 2011). -С.31.

А15. Власова, А.М.Блокировка (с+а)-дислокаций в магнии без помощи внешнего напряжения / A.M. Власова, Б.А. Гринберг, О.В. Антонова // «Физическое материаловедение»: V международная школа с элементами научной школы для молодежи: «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция; сб. материалов (Тольятти, 2011).- С.41.

А16. Плотников, A.B. Автоблокировка дислокаций в интерметаллидах типа Ni3Al: обнаружение эффекта и его интерпретация / А.В.Плотников, Б.А.Гринберг, A.M. Власова // «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция; «Физическое материаловедение»: V международная школа: сб. конкурсных докладов (Тольятти, 2011).- С.135.

А17. Власова, A.M. Блокировка (с+а)-дислокаций в магнии без помощи внешнего напряжения / A.M. Власова, Б.А. Гринберг, О.В. Антонова // «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция; «Физическое материаловедение»: V международная школа: сб. конкурсных докладов (Тольятти, 2011).- С.36.

Al 8. Власова, A.M. Автоблокировка дислокаций в различных материалах (Ni3Ge,Mg) / A.M. Власова, О.В. Антонова, A.B.

Плотников // XII Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых. Сборник научных трудов. (Екатеринбург, 2011).- С. 233.

А19. Власова, A.M. Автоблокировка (с+а)-дислокаций в магнии / А.М.Власова, О.В.Антонова, А.В. Плотников // Материалы XII Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2011).- С. 105.

А20. Власова, A.M. Превращение скользящей (с+а)-дислокации в заблокированную без помощи внешнего напряжения (магний, магниевый сплав) /A.M. Власова//Тезисы на IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2012).-С. 121.

А21. Наблюдение автоблокировки (с+а)-дислокаций (Mg, Ма-8) / A.M. Власова, Б.А. Гринберг, О.В. Антонова, А.В. Плотников // XIII Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых. Сборник научных трудов. (Екатеринбург, 2012).-С. 77.

А22. Власова, A.M. Превращение скользящих дислокационных конфигураций в заблокированные в монокристаллах магния/ А.М.Власова, Б.А.Гринберг, О.В.Антонова // 54 международная конференция «Актуальные проблемы прочности» (Екатеринбург, 2013).-С.Ю8.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Stohr J. F. Etudeen Microscopie electronique du glissement pyramidal {1122} <1123 > dans le magnesium / J. F. Stohr, J. P. Poirier // Phil. Mag.-1972.-No 25.-P. 1313.

2. Ando S. Temperature dependence of deformation behavior in magnesium and magnesium alloys in single crystals / S. Ando, N.Harada, M. Tsushida // Key Engineering Materials.-2007.-Vols. 345-346.-P.101.

3. Transmission electron microscopy study of stacking faults and their interaction with pyramidal dislocations in deformed Mg / B.Li, P.Yan, M.Sui, E.Ma // Acta Mat.- 2010.-№ 58,- P. 173.

4. The relation between ductility and stacking fault energies / S.Sandlobes, M.Friak, S.Zaefferer, A.Dick, S.Yi, D.Letzig, Z.Pei, L.-F. Zhu, J.Neugebauer, D.Raabe // Acta Mat.- 2012.-№60.-P.3011.

Отпечатано на Ризографе ИФМ УрО РАН тир.100 зак.23 объем 1 печ.л. формат 60x84 1/16 620990, г.Екатеринбург, ул.С.Ковалевской,18

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук

¿тс« 1<?^^—нГ На правах рукописи

ВЛАСОВА Алиса Михайловна

БЛОКИРОВКА ДИСЛОКАЦИЙ В ОТСУТСТВИЕ ВНЕШНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В МОНОКРИСТАЛЛАХ МАГНИЯ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С АВТОБЛОКИРОВКОЙ В ИНТЕРМЕТАЛЛИДАХ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физ. - мат. наук, профессор Гринберг Бэлла Александровна

Екатеринбург, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................4

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР............................................................................11

1.1 Движение дислокаций.................................................................................11

1.1.1 Консервативное и неконсервативное движение дислокаций.....................12

1.1.2 Закон Шмида...............................................................................13

1.1.3 Рельеф Пайерлса............................................................................13

1.1.4 Перегибы на дислокациях...............................................................16

1.2 Температурная аномалия предела текучести в интерметаллидах типа №3А1............18

1.3 Автоблокировка дислокаций в интерметаллидах типа N13А1...............................21

1.4 Температурная аномалия в сплавах типа ПА1.................................................29

1.5 Блокировка дислокаций в сплавах типа Т1А1..................................................31

1.6 Особенности деформационного поведения магния и его основные физические свойства.....................................................................................................40

1.7 Магний и его применения..........................................................................47

Глава 2 МАТЕРИАЛ, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........52

2.1. Материал...................................................................................................52

2.2 Методика эксперимента.............................................................................53

2.3 Методы исследования................................................................................53

Глава 3 ОБНАРУЖЕНИЕ АВТОБЛОКИРОВКИ ДИСЛОКАЦИЙ В МАГНИИ....................57

3.1. Исходная дислокационная структура............................................................57

3.2 Плоские дефекты....................................................................................58

3.3 Деформация <0001> монокристаллов и медленное охлаждение...........................60

3.4 Деформация < 1120 >монокристаллов и медленное охлаждение...........................63

Глава 4 АВТОБЛОКИРОВКА ДИСЛОКАЦИЙ ПРИ ПИРАМИДАЛЬНОМ СКОЛЬЖЕНИИ .........................................................................................................................74

4.1 Причины образования дислокационных барьеров в магнии..........................................74

4.2 Двухдолинный потенциальный рельеф в магнии и

автоблокировка............................................................................................81

4.3 Образование дислокационных барьеров в магнии в отсутствие приложенных напряжений......................................................................................................................85

Глава 5 СРАВНЕНИЕ КУБИЧЕСКОГО СКОЛЬЖЕНИЯ В ИНТЕРМЕТАЛЛИДАХ С ПИРАМИДАЛЬНЫМ СКОЛЬЖЕНИЕМ В МАГНИИ......................................................90

5.1 Потенциальный рельеф дислокации при кубическом скольжении........................90

5.2 Напряжение включения дислокационного источника с учетом блокировки............92

5.3 Кубическое и пирамидальное скольжения......................................................95

5.4 Возможные применения автоблокировки дислокаций в магнии..........................99

Заключение................................................................................................101

Список работ соискателя................................................................................103

Список литературы.......................................................................................107

Приложение. Системы скольжения в ГПУ кристаллической решетке.......................115

© Институт физики металлов УрО РАН, 2014 г. ©Власова A.M., 2014 г

ВВЕДЕНИЕ

Пластическая деформация материалов сопровождается рядом эффектов, например, образованием дислокационных петель, диполей, точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов) и вакансионных дисков, среди которых немаловажную роль играет образование дислокационных барьеров под действием приложенных напряжений. В классической литературе описываются барьеры Ломер-Коттрелла-Хирта, представляющие собой сидячие конфигурации из частичных дислокаций, соединенных вершинной дислокацией, образующиеся в результате множественного скольжения; а также завершенные и незавершенные барьеры Кира-Вильсдорфа для дислокаций в сверхструктурах. Все эти барьеры, как уже отмечалось выше, образуются в результате перестройки дислокаций под действием приложенных напряжений. Однако, как выяснилось, ряд материалов обладает парадоксальным свойством образования термоактивированных дислокационных барьеров в отсутствие внешнего напряжения. Это явление, получившее название автоблокировки дислокаций, впервые экспериментально наблюдалось в интерметаллидах типа №зА1, что послужило экспериментальной основой для создания новой концепции автоблокировки дислокаций в интерметаллидах этого типа.

Среди многообразия металлов, сплавов и интерметаллидов где-то в стороне стоит группа с аномальным деформационным поведением. Прежде всего, аномальным является присущий этой группе рост предела текучести в определенном температурном интервале. Аномалия предела текучести сту(7) наблюдается во многих интерметаллидах, таких как сплавы на основе №зА1, а также в ТлА1, Т1зА1 и др. Среди чистых металлов аномалия ау(7) наблюдалась только для ГПУ металлов, таких как магний, цинк, кобальт, кадмий. Аномальная зависимость ау(Т) обусловлена превращениями дислокаций из скользящих конфигураций в заблокированные конфигурации (барьеры). Эти превращения представляют собой термоактивированные процессы, которым содействуют внешние напряжения. При повышении температуры выше температуры пика ау(Т) происходят обратные превращения барьеров в скользящие дислокации, которые вызывают нормальный ход оу(Т). Наблюдение аномального хода оу(Т) сопровождается наблюдением вытягивания дислокаций вдоль выделенных направлений, соответствующих дислокационным барьерам. Кроме того, аномальное деформационное поведение включает в себя другую особенность, присущую этой группе. Речь идет об обнаруженной сравнительно недавно блокировке дислокаций без помощи внешних напряжений (автоблокировке).

Свидетельством автоблокировки является вытягивание дислокаций вдоль выделенных направлений, наблюдаемое после пластической деформации и последующего нагрева без нагрузки. При повышении температуры барьеры остаются неразрушаемыми в отличие от наблюдаемых при динамическом нагружении.

Механизм вытягивания дислокаций вдоль выделенных направлений в интерметаллидах типа N13AI определяется движением дислокаций по многодолинному рельефу, которое осуществляется посредством разбегания принадлежащих двойному перегибу одиночных перегибов. Эффективная сила этого процесса возникает за счет разности в глубине самой глубокой и менее глубокой долин этого потенциального рельефа.

Нахождение эффекта автоблокировки в интерметаллидах типа Ni3Al повлекло за собой задачу расширения круга материалов, в которых может наблюдаться автоблокировка, то есть проблему экспериментального наблюдения вытягивания дислокаций в других материалах при нагреве без нагрузки.

Таким образом, целью настоящего исследования является нахождение эффекта автоблокировки дислокаций в гексагональном плотноупакованном металле - магнии, установление закономерностей и выявление механизмов термоактивированных переходов дислокаций между долинами потенциального рельефа в Mg, сопоставление особенностей кубического скольжения {001} <110> в интерметаллидах типа №зА1 и пирамидального скольжения {1122} < 1123 > в магнии.

Объектами исследования являются монокристаллы магния, поликристаллический магний, а также сплав на основе магния МА 2-1.

Для реализации цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Проведение экспериментов по предварительной пластической деформации монокристаллов магния (вдоль направлений <0001> и <1210 >) и последующему нагреву без нагрузки, экспериментальное исследование дислокационной структуры монокристаллов магния с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии.

2. Анализ эволюции дислокационной структуры в результате нагрева без нагрузки первоначально деформированных монокристаллов магния путем проведения gb-анализа и следового анализа. Определение кристаллогеометрических характеристик

заблокированных дислокационных конфигураций (вектор Бюргерса, направление дислокационной линии прямолинейных сегментов).

3. Определение систем скольжения, ответственных за эффект блокировки дислокаций в отсутствие внешних напряжений в магнии.

4. Модель эффекта автоблокировки в магнии с гексагональной кристаллической решеткой, выявляющая механизмы образования дислокационных барьеров в отсутствие напряжений.

5. Выявление общих закономерностей термоактивированного движения дислокаций пирамидальных и кубических систем по потенциальному рельефу

6. Определение механизмов движения краевых сегментов (с+а^-дислокаций по потенциальному рельефу.

Научная новизна

В работе впервые:

1. Обнаружено явление блокировки дислокаций в отсутствие приложенного напряжения в металлическом Mg.

2. Определены кристаллографические характеристики заблокированных сидячих дислокационных конфигураций: вектор Бюргерса дислокаций, претерпевающих автоблокировку, а также кристаллографическое направление, вдоль которого вытягиваются дислокационные сегменты.

3. Выявлен механизм движения дислокационных перегибов в магнии в отсутствие приложенных напряжений.

4. Предложена внутренняя структура низкоэнергетической дислокационной конфигурации, обуславливающей автоблокировку краевых сегментов (с+а) дислокации в магнии.

5. Путем сравнительного анализа кубического скольжения <110> {001} в интерметаллидах типа №зА1 и пирамидального скольжения {1122} < 1123 > в магнии, показано, что скольжение дислокаций по исходным плоскостям, которые не являются плоскостями плотной упаковки, определяется особенностями рельефа Пайерлса; низкоэнергетические дислокационные конфигурации возникают в результате расщепления дислокаций в плотноупакованной плоскости, пересекающей исходную плоскость скольжения.

Научная и практическая ценность работы

В диссертационной работе рассматривается явление блокировки дислокаций в отсутствие внешних напряжений и механизмы, обуславливающие это явление, которое можно рассмотреть в контексте широкой фундаментальной проблемы термоактивированных переходов дислокаций между долинами в кристаллах с высоким напряжением Пайерлса. Блокировка движения дислокаций может служить причиной аномальной температурной зависимости предела текучести, а также других деформационных характеристик. Расширение круга материалов, демонстрирующих принципиальную возможность движения сегментов дислокационных петель без приложенных напряжений, переход от интерметаллидов к металлам, позволяет понять природу сложных явлений, уточнить, усовершенствовать и расширить концепцию автоблокировки.

В области температур до 400 °С магниевые сплавы составляют конкуренцию неметаллическим жаропрочным материалам. Каркас из заблокированных дислокаций в магнии и сплавах на его основе, являющихся неразрушаемыми при повышении температуры барьерами, имеет перспективы применения в условиях повышенных температур и низких напряжений (до ст0 2)5 например, при ползучести.

Аномальный ход деформационных характеристик является отличительной чертой не только металлического магния, но ряда сплавов на его основе, являющихся основным конструкционным материалом для аэрокосмической промышленности, электроники, оборудования для радиосвязи. В последние годы магниевые сплавы широко применяются в автомобилестроении с целью понижения веса конструкции и ее удешевления. В основе конструирования новых материалов, макроскопические свойства которых используются, лежат различного рода микромеханизмы блокировки дислокаций. Создание барьеров посредством термических флуктуаций можно рассматривать как один из этапов упрочнения этих материалов.

Магний и его сплавы используются в качестве накопителей водорода. Водородная энергетика получила международное признание, как одно из ведущих перспективных направлений развития глобальной энергетики в XXI веке. Магний может связывать большое количество водорода (в расчете на единицу массы) - 7,6%. Автоблокировка дислокаций в магнии открывает перспективы развития направленной сорбционной емкости магния. Плоские сидячие дислокационные конфигурации, вытянутые вдоль выделенных направлений, образуемые в результате блокировки дислокаций могут являться направленными каналами, в

которых обратимое накопление водорода идет вдоль этих направлений. Это может послужить основой для нанотранспортирования водорода.

Положения, выносимые на защиту

• Обнаружение явления блокировки дислокаций в металле Mg в отсутствие приложенного напряжения.

• Нахождение вектора Бюргерса дислокаций, подвергающихся автоблокировке, и определение их ориентация: это краевые (с+а)-дислокации, параллельные кристаллографически выделенному направлению и=< 1100 > пересечения плоскостей базиса(0001) и пирамиды второго рода {1122}. За автоблокировку в монокристаллах магния ответственна пирамидальная система скольжения второго рода{1122} < 1123 >.

• Модель образования дислокационных барьеров при нулевом внешнем напряжении в магнии, согласно которой барьер образуется в результате расщепления полной краевой (c+aj-дислокации; это плоская конфигурация, состоящая из частичных дислокаций, связанных полосами дефекта упаковки с вершинной дислокацией.

• Нахождение общих черт кубического скольжения {001} < 110 > в интерметаллидах типа NÍ3AI и пирамидального скольжения {1122}<1123> в магнии, присущих различным материалам, общим специфическим свойством которых является образование барьеров в отсутствие внешнего напряжения; низкоэнергетическая конфигурация возникает в результате расщепления в плотноупакованной плоскости, пересекающей исходную.

• Температурная аномалия предела текучести и автоблокировка в магнии (аномалии деформационного поведения) определяются двухдолинным характером потенциального рельефа дислокации при пирамидальном скольжении второго рода {1122} < 1123 >

Апробация работы

Материалы диссертации были изложены на следующих конференциях: XLVIII и XLIX Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс», Новосиб.гос.ун-т. Новосибирск, 2010, 2011.

XI, XII Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2010, 2011.

XI, XII, XIII международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2010,2011,2012.

II московские чтения по проблемам прочности материалов посвященные 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна, Москва, Черноголовка, 2011.

«Физическое материаловедение»: V международная школа с элементами научной школы для молодежи: «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений»: VI Всероссийская молодежная научная конференция, Тольятти, ТГУ, 2011.

IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов», Москва, 2012.

54 международной конференции «Актуальные проблемы прочности», Екатеринбург, 2013.

Личный вклад автора

Постановка задачи (совместно с научным руководителем Б.А. Гринберг). Ориентировка монокристаллов магния (совместно с В.А. Сазоновой). Постановка и проведение экспериментов по пластической деформации и последующему нагреву без нагрузки, а также по быстрому и медленному охлаждению монокристаллов Mg после предварительной деформации, изготовление экспериментальных образцов из литых монокристаллических заготовок, получение заготовок электронно-микроскопических фольг заданной ориентировки методами механического утонения; получение тонких фольг из таких заготовок для электронной микроскопии из магния методом электролитической полировки; работа на просвечивающих электронных микроскопах (совместно с О.В. Антоновой); обработка электронно-микроскопических изображений, расшифровка электронограмм, проведение ¿»¿-анализа, следового анализа; обсуждение полученных результатов и интерпретация экспериментальных результатов (совместно с Б.А. Гринберг); написание статей и тезисов докладов конференций.

Результаты исследований неоднократно докладывались лично диссертантом на российских и международных конференциях.

Достоверность полученных результатов

. Достоверность результатов обеспечена корректностью постановки задачи, использованием современных методов исследования. Основные результаты получены на оборудовании отдела электронной микроскопии Центра колле�