Компьютерное моделирование атомного упорядочения и фазового перехода порядок-беспорядок в бинарных сплавах стехиометрического состава тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.И. ПОЛЗУНОВА

На правах рукописи УДК 548.5.01:538.91.405

АНДРУХОВА ОЛЬГА ВИТАЛЬЕВНА

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АТОМНОГО УПОРЯДОЧЕНИЯ И ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА ПОРЯДОК-БЕСПОРЯДОК В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

л л 1

- 9 ИЮЛ 1997

Барнаул -1997

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Старостенков М.Д.

Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н., проф. Бсзкоскж С.А. д.ф.-м.н., проф. Поляков В.В.

Ведущее предприятие:

Томская государственная

архитектурно-строительная академия

Защита состоится '

997 г. в

К.

час. на засе-

дании специализированного совета К064.29.06 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Алтайском государственном техническом университете по адресу: 656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Алтайского государственного технического университета

Отзывы на автореферсрат, заверенные гербовой печатью организаций, просим присылать в 2-х экз. на адрес университета.

Ученый секретарь

Автореферат разослан ",^3'''-Л-997

г.

специализированного совета

Жданов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы В связи с широким применением упорядочивающихся сплавов в промышленности, актуальной задачей является исследование свойств сплавов методами как экспериментальной. так и теоретической физики. Современная практика создания материалов с заданными физическими и механическими свойствами тесно связана с изучением атомного упорядочения упорядочивающихся сплавов и фазовых переходов порядок -беспорядок (ФПП-Б), поскольку именно в этих процессах можно целенаправленно влиять на свойства материалов, изменять их физические характеристики меняя состояния упорядоченности.

Несмотря на то, что существует большое число экспериментальных и теоретических работ, в которых исследовано атомное упорядочение. целый ряд вопросов, касающихся особенностей протекания процессов упорядочения в сплавах и фазовых переходов П-Б, практически не изучен или мало изучен. Имеющиеся данные противоречивы.

Настоящая работа была посвящена исследованию структурных и энергетических особенностей атомного упорядочения и фазового перехода порядок -беспорядок методом компьютерного моделирования. В основу исследования положена простая модель диффузионного атомного упорядочения по вакансионному механизму в многокомпонентных сплавах с жесткой решеткой, с учетом взаимодействия атомов в двух координационных сферах.

Целью работы является анализ полученных конфигураций распределений атомов по узлам кристаллической решетки равновесного состояния сплава, реализованного в компьютерном эксперименте, в температурном интервале 0 - 1.3ТК. Расчет на основании полученных картин основных структурных и энергетических характеристик модельно-

го сплава. Установление характера фазового перехода порядок-беспорядок.

Научная новизна настоящей диссертационной работы заключается в том, что предложена модель, позволяющая подробно проследить кинетику процесса атомного упорядочения сплава при различных температурах отжига. Получены и проиллюстрированы данные о структуре фаз с ближним порядком и дальним порядком, структуре антифазных границ. Анализируется распределение структурных образований в сплаве. Приведены типичные функции распределения по размерам доменов и микродоменов во всем температурном интервале фазового превращения. Впервые получена зависимость параметра дальнего порядка от размера домена, на основании которой классифицируются домены. Показано, что переход порядок-беспорядок имеет более сложный характер, чем предсказывает статистическая теория упорядочения. Установлено, что фазовому переходу порядок - беспорядок предшествуют гетерофазные флуктуации упорядоченной фазы, т.е. имеет место размытый фазовый переход порядок-беспорядок. Определены критические температуры данного фазового превращения. Особенностью данной работы является то, что структурные характеристики рассчитаны не только для всего объема исследуемого материала, но и получены данных, характеризующие локальные распределения атомов в тех или иных структурных особенностях (кластеры, сегрегации, микродомены и антифазные границ (АФГ)-

Практическая и научная ценность настоящей работы заключается в том, что проведенное исследование дают сведения о качественном поведении сплавов стехиометрического состава в процессе фазового перехода П-Б. Самостоятельный интерес представляют полученные температурные зависимости структурных и энергетических характеристик упорядочивающегося сплава, построенные функции распределе-

ния доменов по размерам и рассчитанные дисперсии этих распределений и для теоретиков, и для экспериментаторов, работающих в области атомного упорядочения: эти данные качественно подтверждают предсказанные ранее закономерности атомного упорядочения; конкретизируют вклады различных механизмов разупорядочения; дополняют имеющиеся данные новыми деталями. Полученные данные крайне необходимы для исследований зависимостей физических и механических свойств сплавов. Полученные результаты могут быть использованы в качестве демонстрационного материала для студентов физических специальностей. разработанный пакет программ использован как обучающие программы для студентов специализации физика твердого тела.

Автор защищает следующие положения:

1. Работоспособность предложенной диффузионной модели атомного упорядочения.

2. Доказательство, что фазовый переход порядок-беспорядок носит более сложный характер, чем предсказывает статистическая теория атомного упорядочения.

3. Важную роль возможных механизмов разупорядочения: точечные дефекты замещения, кластеры и сегрегации, микродомены и АФГ, - в фазовом переходе порядок-беспорядок.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих всероссийских и международных конференциях: на 1 междунар. конференции "Актуальные проблемы прочности и пластичности": Новгород (1994г.), XXXV и XXXVII постоянных, международных семинарах по компьютерному моделированию дефектов структуры и свойствах конденсированных сред, Тольятти (1993 г.). Ижевск (1994 г.); IV Международной школе-симпозиуме "Физика и химия твердого тела". Благовещенск (1994 г.); XXIX межреспубликанском се-

минаре "Актуальные проблемы прочности", Псков (1993г.); И и III Международные школы-семинары "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул ( 1994, 1996 гг.); международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений". Тамбов (1996); международной конференции "Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий", Томск (1995); II и III семинарах России и стран СНГ "Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных материалов", Обнинск (1993, 1995). между-нар. конференция "Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий", Новокузнецк (1993г., 1995 г.), Materials Week' 96, Сан Франциско, США (апр. 1996); Materials Week'9& MRS-J, Япония (1996 г.); Materials Week' 96. Бостон, США (сент. 1996); ISMST'95, Харбин, Китай (1995г.); MRS-94. Autumn Meeting, Сан Франциско, США (1994): MRS-95, Spring Meeting, Сан Франциско, США (1995).

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 32 печатных работы.

Объем работы : Материал диссертации изложен на 225 страницах, сост.оит из введения, четырех глав и заключения. Диссертационная работа включает 62 рисунка, три таблицы, библиографию i^. Ниже изложено содержание работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель, научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, основные защищаемые положения. Дается краткое содержании работы по г лавам.

Первая глава - обзорная, она содержит необходимые сведения об основных методах изучения атомного упорядочения и достижениях статистической теории атомного упорядочения, экспериментальной физики, анализируются результаты некоторых компьютерных моделей. Собраны необходимые сведения о существующем представлении об особенностях протекания процесса упорядочения и фазового перехода порядок-беспорядок: структуре упорядочивающегося сплава, структуре антифазных границ, упорядоченных поверхностей п сплава с ближним порядком в расположении атомов. Сделана постановки задачи исследования:

Вторая глава посвящена подробному изложению двух моделей атомного упорядочения: одномерной модели и диффузионной п-мерной модели. Показано применение их к решению задач атомного упорядочения.

Диффузионная модель атомного упорядочения многокомпонентного сплава применена в данной работе к изучению процесса атомного упорядочения бинарного сплава состава ЛВ с плоской квадратной решеткой, с учгетом парных межатомных взаимодействий в двух координационных сферах. Не учитывается влияние, которое оказывает изменение постоянной решетки при изменении степени упорядоченности сплава (перераспределение атомов по узлам решетки), порядка и температуры на энергии взаимодействия пар атомов. Из возможных механизмов диффузии рассматривается наиболее вероятный - ваканси-онный механизм диффузии атомов по узлам кристаллической решетки сплава. Размер кристаллического блока выбирался 10000 атомов и использовались периодические граничные условия, устанавливающие трансляционную инвариантность и устраняющие дефекты границ блока. Энергии связи пар атомов подобраны так. чтобы при упорядочении энергетически выгодна была реализация сплава с шахматным расположением атомов по узлам квадратной решетки.

Компьютерный эксперимент проводился по следующей схеме: моделировалось полностью неупорядоченное состояние сплава; запуск вакансионного механизма диффузии атомов по узлам кристаллической решетки: процесс упорядочения обрывается при достижении сплавом равновесного состояния.

В зависимости от времени и температуры фиксировались картины распределения атомов по узлам кристаллической решетки, положение вакансии. Далее по этим картинам восстанавливались структурные и энергетические характеристики развивающегося процесса и равновесного состояния сплава: средняя конфигурационная энергия, конфигурационная энтропия, относительные объемы упорядоченной и разупо-рядоченной фаз, число и размер доменов, параметры дальнего и ближнего порядка по Каули, корреляционные функции и другие.

В третьей главе обосновано, что в работе рассматривается сплав достигший равновесного состояния, сформулирован критерий достижения атомной системой равновесия. Приведены возможные равновесные структуры сплава, реализуемые в процессе упорядочения, анализируется роль возможных механизмов разупорядочения в процессе фазового превращения порядок-беспорядок. Описывается поведение параметров порядка при температурах по обе стороны от критической температуры превращения. Устанавливается тип и особенности фазового перехода порядок-беспорядок для данного сплава.

В качестве критерия достижения сплавом равновесного состояния в ходе реализуемого процесса атомного упорядочения рассматривалось условие выхода на постоянное значение средней конфигурационной энергии сплава и параметра ближнего порядка по Каули. На рис. 1 в качестве примера представлена зависимость параметра Е' = (Е -Ену )/(Еуп - Ен у ), характеризующего среднюю конфигурационную энергию сплава от числа временных шагов (число прыжков вакансии) при различных температурах. Из графиков видно, что рассматриваемые

долее структуры сплава и характеристики, соответствующие 15-16 миллионам временных шагов, описывают равновесное состояние сплава.

Здесь же установлено, упорядочение проходит в пять стадий и при повышении температуры реализуются не все этапы процесса.

Качественный анализ полученных результатов показал, что разупорядочение реализуется несколькими механизмами. приводящими твердый раствор к разупорядоченным состояниям с 0<г|<1.

При температурах меньших 0.2ТК равновесное состояние сплава характеризуется наличием упорядоченного монодомена со структурными особенностями в нем. Отметим, что при температурах порядка 0.013Тк в домене существуют только точечные дефекты замещения (ТДЗ) разного типа, невзаимодействующие между собой. С ростом температуры концентрация последних растет вплоть до температур 0.32Т,., далее их число асимптотически стремиться к нулю на рис. 2 дана температурная зависимость концентрации ТДЗ.

В момент наивысшей концентрации степень дальнего порядка г| = 0,95±0,02. Это означает, что изолированные дефекты в рамках данной модели не могут привести к значительному разупорядочению твердого раствора.

При температурах выше 0,05Тк в сплаве появляются новые структурные образования - кластеры (скопления атомов различных сортов) и сегрегации (группы атомов одного сорта). Далее с ростом темпера-

рис.3.1.1. Зависимость энергетического параметра Е' от числа временных шагов (числа прыжков вакансий) при различных температурах.

туры сплав претерпевает значительное изменение, при температура ОЛТ^-О.ЗбТ,, характерной деталью равновесной структуры сплава является существование упорядоченных микродоменов (упорядоченные домены, число атомов в которых не превышает 100-110). Обоснование этого критерия обусловлено структурой сплава при температурах выше Тк, а выбор количественной характеристики проделан на основании того, что параметр порядка в доменах такого размера мало чувствителен к изменению температуры и достаточно высок г| ~ 0,95. Анализ равновесных структур сплава показал, что кластеры являются, по-видимому. "схлопнувшимися" микродоменами. Кластеры и микродомены являются, вероятно, основным механизмом разупорядочения. По крайней мере, вблизи Т, концентрация атомов, находящихся в кластерах, сегрегациях и микродоменах, порядка 0,6. Из них на сегрегации приходится относительно небольшая часть - порядка 0,1. Т.е, эти механизмы могут обеспечить понижение порядка до 0,4. Конечно это предельное значение.

Отметим, что в равновесном сплаве при температурах 0,27ТК-0,28ТК могут наблюдаться небольшие "островки" фазы с ближним порядком, к ней мы относим структурное объединение I ^ кластеров, сегрегации-и мик-

Рис. 2. Температурная зависимость концен- р0д0менов. Фаза С ближним трацни атомов в различных структурных

особенностях: ТДФ (1), в ссгрегациях (2), порядком появляется внутри доменах с ближним порядком - микродоменах (3), в кластерах, сегрегациях, микродо- упорядоченного монодомена.

менах и на АФГ (4). _

Сплав уже при этих температурах представляет собой двухфазную смесь.

При увеличении температуры микродомены, достигшие критического размера, растут, и сплав доменизируется - образуется два и более упорядоченных антифазных домена. Появляются АФГ. При температурах ниже 0,42ТК АФГ - "чистые", их структура не имеет каких либо структурных особенностей. Влияние дальнейшего роста температуры проявляется в эффекте перераспределения особенностей в структуре сплава и локализации их преимущественно на АФГ, что приводит к "размытию" АФГ и постепенному переходу последних в межфазные границы, разделяющие разупорядоченную и упорядоченную фазы. На рис.3 дана зависимость числа микродоменов внутри упорядоченной

фазы, на АФГ и в фазе с ближним порядком.

При температурах порядка 0,7ТК - 0,9ТК в равновесном сплаве наблюдаются резко изменение структуры сплава - в образце появляются упорядоченные домены

"плавающие» в неупорядоченной матрице. Двухфазная смесь содержит большое число межфазных границ и антифазных границ, которые в свою очередь являются наиболее неустойчивыми участками упорядоченной фазы. Вакансии, двигаясь по ним. легко меняют атомные конфигурации. Однако, наличие в структуре упорядоченной и разупоря-доченной фаз является характерным для данных температур.

Объем упорядоченной фазы флуктуирует в пределах 0,9-1.7 с дисперсией равной 78,065. Меняется расположение упорядоченных доменов от индивидуального до группового ( рис.4), когда домены объеди-

Рис.З. Температурная зависимость числа микродоменов внутри упорядоченной фазы (1), на АФГ (2) и в фазе с ближним порядком.

няются в группу, и можно выделить область упорядоченной фазы. Повышение температуры приводит к тому, что наблюдаются гетерофаз-ные флуктуации разупорядоченой фазы. Упорядоченный домен (если таковой есть), "дрейфуя" в разупорядоченной фазе, может исчезнуть и вновь с достаточно большой вероятностью образоваться в другом месте.

На рис. 5 представлена зависимость относительного объема упорядоченной (1) и разупорядоченной фаз (2). Вид графика типичен для превращения первого рода. Область температур , в которой сосуществуют упорядоченная и разупорядоченная фазы, в избранной модели достаточно велика. Фазовый переход размытый, так как превращение П-Б проходит через двухфазную область. Структура упорядоченной и разупорядоченной фаз быстро меняется, флуктуируя с ростом температуры в значительных пределах относительно среднего значения. Ряд параметров, характеризующих двухфазную смесь и представленных в диссертационной работе, получен впервые. Подтверждено существование предсказанные ранее гетерофазных флуктуаций упорядоченной фазы, предшествующих фазовому переходу порядок беспорядок.

а) б)

рис.4 Структура сплава при температуре 0.72Т.

6

Рис.5. Температурная зависимость относительных объемов упорядоченной (1) и разупорядоченной фаз(2).

Параметр дальнего порядка г| подсчнтывался отдельно внутри доменов упорядоченной фазы, в упорядоченных доменах и микродоменах; во всем объеме исследуемого материала. Температурная зависимость указанных величин представлена на рис. 6. Здесь кривая 1 соответствует параметру порядка внутри доменов упорядоченной фазы, кривая 2 - отражает вклад всех видов доменов, кривая 3 иллюстрирует изменение порядка в объеме всего материала. Эти кривые характеризуют вклад различных механизмов разупорядочения в параметр дальнего порядка. Очевидно, вклад, вносимый в разупорядочение исключительно ТДЗ. относительно не велик, о чем свидетельствует поведение зависимости дальнего порядка во всех типах доменов (при действии только этого механизма наблюдалось бы монотонное убывание функции. здесь же имеется излом и выход на постоянное значение).

Особо остановимся на роли АФГ в атомном разупорядоченин. Впервые точка зрения о возможном вкладе АФГ в разупорядочение сплава и необходимости измельчения доменов по мере приближения к температуре фазового превращения была высказана в работах Козлова Э.В. с сотрудниками, базировавшихся на термодинамической и статистической теориях атомного упорядочения. Однако, прямого подтверждения данной гипотезы не было получено до настоящего времени.

Четвертая глава посвящена описанию и анализу структур антифазных границ и фазы с ближним порядком в расположении атомов. Получены конфигурационная энергия и конфигурационная энтропия в приближениях Горского-Брэгга-Вильямса и Каули. Анализируется вклад в конфигурационную энтропию от антифазных границ.

рис. 6. Зависимость параметра дальнего порядка г| от температуры.

Важным механизмом разупорядочения является введение, начиная с температур порядка 0.29ТК. протяженных равновесных (квазиравновесных) антифазных границ и доменизация структуры сплава. Первоначачьно появившиеся антифазные границы разделяют только два больших антнфазных домена, остальные границы отделяют микродомены от основного домена. Увеличение температуры приводит к измельчению доменной структуры, к хорошо известному эффекту - "размытие" АФГ. Он заключается в увеличении "толщины" АФГ с ростом температуры, и. как следствие, понижении степени порядка в плоскостях (слоях) непосредственно ее составляющих.

Данные о толщине антифазных границ приведены на рис. 7. где представлена зависимость средней толщины антифазной границы от температуры. Очевидно, что с ростом температуры антифазные границы размываются с постепенным перерастанием последних в разупоря-доченную фазу - фазу с ближним порядком. Этот эффект обусловлен "прилипанием" к АФГ с ростом температуры таких структурных особенностей как кластеры, сегрегации и микродомены. В итоге фаза с ближним порядком оказывается локализованной на АФГ (данные о числе микродоменов на АФГ представлены на рис.2 крпвая2). Отметим. что наиболее вероятные размеры микродомснов редко превышают 10 - 20 атомов.

Максимальная плотность структурных особенностей на антнфазных границах (отношение общего числа сегрегации, кластеров и микродоменов. "прилипших к АФГ. к длине АФГ) порядка 0.3 и максимальная концентрация атомов на них порядка 0.4 приходится на температуру 0,58ТК. Т.е. степень порядка на антифазных границах может понизится до 0,6.

Протяженность АФГ в зависимости от температуры представлена на рис. 8. Максимальное значение данного параметра, как и толщины границы, приходится на температуру 0.58ТК.

Приведенные выше дана " ные, характеризующие влияние температурного фактора на тонкую структуру антифазных границ, свидетельствуют о существовании еще одной критической точки температурного интервала фазового перехода порядок-

рис. 7 Толщина ЛФГ в зависимости от беспорядок - температуре температуры

превращения антифазных границ в межфазные границы. Существует связь средней толщины ЛФГ и размера максимального домена, реализуемого в сплаве. Она выражается обратно пропорциональной зависимостью. Такая связь параметров доменной структуры свидетельствует о процессах самоорганизации в ней.

При температурах выше Тк сплав находится исключительно в состоянии с ближним порядком. При этих температурах домен в среднем содержит менее 100 атомов. т.е.. линейный размер микродоменов не превышает 2.5 нм. Структура сплава, полученная методом компьютерного моделирования, полностью соответствует представлениям микродоменной модели: мелкие АФД (антифазные домены) с толстыми прослойками АФГ или прослойками материала, содержащие либо разупорядоченные кластеры, либо кластеры с превалированием одного из компонентов сплава. Такое соот-

рис.8. Температурная зависимость длины ЛФГ

ветствие результатов моделирования и сложившихся представлений является хорошим подтверждением правильности выбранного подхода и его реализации.

Структура сплава с ближним порядком хорошо чувствует температуру, в частности, с ростом температуры несколько уменьшается размер микродоменов, растет их удельный вес. утолщаются прослойки между ними.

Данные о числе микродоменов, приходящихся на фазу с ближним порядком, представлены на рис.2 (криваяЗ). На графиках наглядно видно, что изначально фаза с ближним порядком в расположении атомов формируется в упорядоченном монодомене уже при юмпершурах порядка 0.24Тк (на графике пунктиром обозначена область температур.

I

в которой недостаточно набраны статистические данные). Число объединившихся флуктуационных микродоменов не превышает при данной температуре 2-3 штук Средний размер микродоменов 4-8 атомов в них.

В главе 3 рассмотрено поведение параметра дальнего порядка Г1(Т/ТК) равновесного сплава состава АВ в зависимости от температуры. Однако, для описания степени упорядоченности сплава введение и анализ только одного параметра дальнего порядка недостаточно. Удобно использовать либо параметры корреляции, связанные с корреляционными функциями, либо сами корреляционные функции

Нужные корреляционные функции для данного узла можно рассчитать по формулам: трехчастичная вероятность (для данного узла ¡) -Р,дШ> = п(п - 1) / пПЫ!1(п1ШЧ -1), где п - число атомов сорта В на данной координационной сфере, птщ - полное число атомов на этой сфере; четы-рехчастичная вероятность замещения (для данного узла 1) -

рлтт = п!(пш,х - 3)!

(п - 3)!п1ШЧ! •

Наиболее быстро убывают (возрастают) кривые соответствующие четырехчастичным корреляциям. Корреляционные функции для первой у четвертой сфер убывают, асимптотически стремясь при высоких температурах к 0,5 ( парные корреляционные функции). 0.4 (трехчастичные функции) и к 0,25 (четырехчастичные корреляционные функции). Корреляционные функции для второй, третьей и пятой координационных сфер возрастают. Ход корреляционных функций обусловлен постепенным «включением» в процесс разупорядочения различных его механизмов. Наиболее быстрое изменение корреляционных функций соответствует температурам 0 - 0.39ТК. Сложная топология доменной структуры сплава, ее измельчение, переход антифазных границ в межфазные определяют дальнейшее поведение корреляционных функций, скорость изменения уменьшается, корреляционные функции выходят на постоянные значения выше температуры фазового перехода П-Б.

Приведены также зависимости параметра ближнего порядка Кау-ли а сплава, находящегося в равновесном состоянии, от температуры.

Анализируются некоторые энергетические характеристики равновесного сплава, такие как конфигурационная энергии и энтропия, рассчитанная в двух различных приближениях - Горского-Брэгга-Вильямса и Каули.

Рассчитана средняя конфигурационная энергия сплава. Получена конфигурационная энтропия сплава состава АВ в приближениях Гор-ского-Брэгга-Вильямса 8ГБВ и Каули. Несмотря на то, что приближение Горского- Брэгга- Вильямса дает огрубленные результаты, уже здесь очевидна важная роль различных механизмов разупорядочения в протекание фазового перехода порядок - беспорядок. Показано, что исчезновению дальнего порядка всегда предшествует частичное разу-порядочение.

Обобщая описанные выше характеристики фазового превращения порядок-беспорядок, можно выделить следующие особенные температуры фазового перехода порядок - беспорядок.

Таблица

Критические температуры фазового перехода порядок - беспорядок

Температура Структурные особенности при данной температуре

0,01 ЗТ. тдз

0,13Тк-0,19т, кластеры и сегрегации

0,26ТК - 0,27ТК микродомены, второй по величине домен, микро АФГ

0.29Т„. - 0.3Т„ появление фазы с ближним порядком

О.ЗЗТ. - 0,34ТК доменизация структуры сплава. АФГ начинают размываться

0,39Т„ - 0.45Т„. размеры АФД сравнимы по величине

0,52ТК- 0,6ТК максимальное число структурных особенностей на АФГ, максимальная ее толщина и длина

0,71ТК - 0,78ТК относительные объемы фаз с ближним и дальним порядком выравниваются, исчезновение АФГ

0,87ТК - 0,91Т, исчезновение точечных дефектов, флуктуации доменов упорядоченной фазы

0.91Т.-Т, размытый фазовый переход порядок-беспорядок

1,05ТК - 1,ЗТ, сплав в состоянии с ближним порядком

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ В результате проведенного анализа равновесной структуры сплава при различных температурах отжига в работе сделаны следующие.выводы.

1. Показано, что в процессе упорядочения реализуется пять стадий: 1) сплав в состоянии с ближним порядком; 2) в сплаве образуются упорядоченные домены (двухфазное состояние); 3) доменизированный сплав (имеются в виду упорядоченные домены) с «чистыми» АФГ; 4) упорядоченный монодомен со структурными особенностями: (ТДЗ), кластеры, сергегации и микродомены, - в нем; 5) упорядоченный монодомен с ТДЗ, число которых стремиться к равновесному. Причем, с ростом температуры сплав проходит не через все стадии.

2. Установлено, что существует несколько механизмов атомного упорядочения: ТДЗ; кластеры и сегрегации; микродомены; АФГ.

3. Показано, что фаза с ближним порядком в расположении атомов появляется в сплаве уже при температурах далеких от Тг и полностью соответствует представлениям о микродоменной структуре сплава.

4. Установлено, что фазовый переход П-Б размытый и имеет более сложный характер, чем предсказывает статистическая теория атомного упорядочения. Определены критические температуры фазового перехода П-Б.

5. Показано, что фазовому переходу П-Б предшествуют гетеро-фазные флуктуации упорядоченной фазы.

6. Показан важный вклад в разупорядочение доменизации структуры сплава, и измельчения доменной структуры с ростом температуры.

7. Рассчитаны функции распределения доменов по размерам, получена зависимость параметра дальнего порядка от размера домена при различных температурах. Установлено, что порядок в микродоменах независимо от температуры высок г| ~ 0,95 .

8. Исследована тонкая структура АФГ и фазы с ближним порядком в расположении атомов по_ узлам кристаллической решетки.

Показано, что с ростом температуры наблюдается эффект «размытия» АФГ за счет перераспределения на АФГ структурных особенностей (кластеров, сегрегации и микродоменов), АФГ можно считать ядром разупорядочения

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

ГАндрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B. Моделирование кинетики процесса упорядочения бинарного сплава./ Актуальные проблемы прочности//Тезисы докл. 1 междунар. конференции. 2630 сентября. 1994, Новгород,-1994.-с.42

2.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B. Образование системы антифазных границ в процессе упорядочения бинарного сплава.// Груды XXXVII постоянного международного семинара по компьютерному моделированию дефектов структуры и свойств конденсированных сред.-Ижевск,- 1994,- с.35.

3.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B. Изучение кинетики процесса упорядочения по диффузионному механизму.// Материалы IV Междунар. школы симпозиума Физика и химия твердого тела, июнь 1994, Благовещенск.

4.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B. Кристаллизация двухкомпонентного расплава с образованием АФГ как марковский процесс./ Актуальные проблемы прочности, //материалы XXIX межреспубл. семинара, июнь 1993, С.-Петербург, С-ПГТУ,- 1993,- с. 483-488.

5.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B. Моделирование образования АФГ при кристаллизации из расплава.// Труды Ал-тГТУ. Барнаул,- 1993. - в.1 - с. 43-50.

6. Andruhova O.V., Starostenkov M.D., Dmitriev S.V. The normal growing of ordered phase domain in the binary alloy./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах.// Сборник тезисов II Межунар. школы-семинара, Барнаул,- 1994.-е. 35.

7. Андрухова О.В., Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B. Распад бинарного сплава на моноатомные фазы./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах// Сборник тезисов II Межунар. школы-семинара, Барнаул,- 1994. - с.27.

8.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B., Овчаров А.А Рогозин В.И. Рост домена упорядоченной фазы в бинарном сплаве состава AB./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах.// Сборник тезисов H Межунар. школы-семинара, Барнаул.- 1994. -с.28.

9.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B., Овчаров A.A. Моделирование процесса упорядочения в бинарном сплаве (тез. докл., англ)./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах.// Сборник тезисов II Межунар. школы-семинара, Барнаул.- 1994. - с.153.

Ю.Андрухова О.В., Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B., Овчаров A.A. Упорядочение бинарного сплава по вакансионному механизму./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах.// Сборник тезисов И Межунар. школы-семинара, Барнаул,- 1994. -с.36-37.

11.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B., Овчаров А.А Рогозин В.И. Формирование лабиринтной системы аитнфазных доменов в бинарном сплаве./ Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах.// Сборник тезисов II Межунар. школы-семинара, Барнаул,- ] 994,- с. 37.

12.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев C.B., Овчаров А.А Евтушенко Формирование слоистой сверхструктуры в ориентации [10] в бинарном сплаве AB./ Эволюция дефектных структур в металлах

и сплавах// Сборник тезисов II Межунар. школы-семинара. Барнаул.-

1994. -с.38

13.Андрухова О.В., Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B. Изучение диффузионного упорядочения двухкомгюнентного сплава./ В сб.докл. 53 научн. конф. студентов, аспирантов и проф.- препод, состава АлтГ-ТУ.1995,- Ч.2.-С.59.

14. Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B.. Овчаров A.A. Исследование процесса диффуз. упорядочения сплава пквнатом-ного состава в условиях перенасыщения вакансиями./ В сб. Прочность н пластичность материалов в условиях виешн. iiieprei пчоскпх во ¡действий.- Новокузнецк. 1995.-е. 134-135.

15.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B.. Овчаров A.A. Ломских Н.В. Нвстигпеев В.В. Исследование процесса насыщения кристалла точ. дефектами типа замещения,- Новокузнецк. 1995,- с. 135.

16.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B.. Козлов Э.В. Стадийность процесса диф. упорядочения двухкомгюнентного сплава./ В сб. Физика прочности и пластичности материалов.-Самара.

1995,- с.274-275.

17.Андрухова О.В..Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B.. Ломских Н.В. Алгоритм перечисления возможных способов упорядочения сплава при заданной стехиометрии и дальнодействий./ там же с.281-282.

18.Андрухова О.В..Старостенков М.Д. Стадийность образования упорядоченной структуры бинарного сплава стехиометрического состава./ В сб. Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий,- Томск. 1995,- с. 189-190.

19.Андрухова О.В..Старостенков М.Д., Дмитриев C.B., Овчаров A.A. Ломских Н.В. Исследование процесса упорядочения двухатомного сплава с большой концентрацией вакансии./ В сб. Структурно мор-

фологические основы модификации материалов методами нетрад. технологий Обнинск. 1995.-с. 6.

20.Starostenkov M.D., Dmitriev S.V., Ovcharov Л. Lomskikh N. Simulation of stable stratifield thin-film./ Abstracts of MRS-95. Spring Meeting. San Francisco, USA, April 17-21, 1995.-p. 125.

21.Andruhova O.V., Starostenkov M.D., Dmitriev S.V., Ovcharov A. The stages of structure generation in the binary alloy with the stoichiometric composition./ Abstracts of MRS-94. Autumn Meeting. San Francisco. USA. September. 1994 p. 122.

22.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Ломских Н.В. Исследование кинетики разупорядочения в сплаве состава АВ в зависимости от концентрации вакансий./Эволюция дефектных структур в конденсированных средах // Сборник тезисов 111 Межунар. школы-семинара, Барнаул, 1996,-с.81.

23.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д., Дмитриев С.В.. Козлов Э.В. Кинетика упорядочения и фазовый переход порядок-беспорядок в двухмерной модели./ там же с.82.

24.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Дмитриев С.В.. Кохчов Э.В. Равновесные абсолютные флуктуации параметров упорядоченной фазы в двух фазной области./ там же с. 83.

25.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Андрухова. Т.В. Козлов Э.В. Анализ структуры бинарного сплава состава АВ. Тонкая структура АФГ./ там же с.84.

26.Андрухова О.В.. Старостенков М.Д.. Козлов Э.В. Температурная зависимость параметров порядка бинарного сплава, находящегося в равновесии./ там же с.84.

27.Andruhova O.V., Starostenkov M.D., Dmitriev S.V. Simulation of kinetics of ordered phase forming in a binary alloys with the equiatomic

composition./ Abstracts of MRS-96, Spring Meeting, April 8-12, 1996, San Francisco, p. 406

28.Andruhova O.V., Starostenkov M.D., Evstigneev V.V.. Lomskikh N.V. Borisov A.V. Research of the binary alloy AB atomic structure reconstruction mic romechanisms /Abstracts of Japan MRS Meeting, May 22-24, 1996, с 186

29.Андрухова О.В., Старостенков М.Д., Козлов Э.В., Борисов А.В., Дмитриев С.В., Ломских Н.В. Исследование микромеханизмов перестройки сплава состава АВ, подвергнутого воздействию механических напряжений и температур./ В сб. Механизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений.-Тамбов. 1996. с.164-165.

30.Andruhova O.V., Starostenkov M.D. Dmitriev S.V. Ovcharov A.A.. Lomskikh N. Simulation of alloy ordering process./ ISMST'95.June 7,1995, HARBIN. P.R.China 6c.

31 .Старостенков М.Д.. Дмитриев C.B., Андрухова O.B. Статистические характеристики системы антифазных доменов, образующихся при кристаллиции расплава.// Расплавы. -1995. -№2,

32.Andruhova O.V., Starostenkov M.D., Evstigneev V.V., Lomskikh N„ Borisov A.V Research of the binary alloy AB atomic structure reconstruction micromechanisms.// Joint Proc. of the Symp. of Japan MRS Meeting. May 22 -24, 1996 - v. 20. - p. 839-842.

c.87-94.