Статистические модели поверхностного слоя сплавов Cu-Ag, Cu-Sn и Fe-Sn тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

/

На правах рукописи

Чудаков Алексей Евгеньевич

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СПЛАВОВ Си-А& Си-Бп И Рс-Бп Специальность 02.00.04 - "Физическая химия"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Челябинск 1998

Работа выполнена на кафедре общей и теоретической физики Южно-Уральского государственного университета.

Научные руководители:

доктор химических наук, член-корр. РАН Вяткин Герман Платонович;

доктор химических наук, профессор Привалова Татьяна Павловна.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Попель Петр Станиславович;

кандидат химических наук, доцент Курлов Сергей Павлович.

Ведущее предприятие - Челябинский государственный педагогический университет, г. Челябинск.

Защита состоится 15 апреля 1998 года, в 14.00, на заседании диссертационного совета Д 053.13.03 при Южно-Уральском государственном университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮжноУральского государственного университета.

Ваш отзыв, скреплённый гербовой печатью, просим направить по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, Учёный совет, тел. 39-91 -23.

Автореферат разослан марта 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, профессор, д.ф.-м.н.

Б-Р. Гельчинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Многие свойства материалов определяются химическим составом и структурой их поверхности. Образование поверхностного слоя часто сопровождается изменением концентрации компонентов сплава или примесных элементов. Увеличение поверхностной концентрации некоторых элементов может быть настолько заметным, что является определяющим для физико-химических свойств поверхностей и межзёренных границ.

Поверхностная сегрегация в сплавах является объектом пристального внимания как с точки зрения экспериментального изучения, так и теоретического описания. Экспериментальные мето-цы дают разнообразную информацию о поверхностных состояниях, но нередко эта информация не может быть однозначно интер-третирована, несмотря на автоматизации? п компьютеризацию эксперимента. Поэтому в последнее время растёт интерес к теоретическим исследованиям сегрегации, в частности, к численному «оделированию.

Представленная работа посвящена теоретическому изучению :тепени сегрегации, структуры поверхностных фаз и профилей сонцентрации сегрегирующего элемента вблизи поверхности ряда 1войных металлических сплавов в зависимости от фазового со-:тояния объёма сплавов.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР Челябин-:кого государственного технического университета на 1994-97 г., утвержденным Государственным комитетом Российской Феде->ации по высшему образованию, по направлению "Физико-омические основы металлургических Процессов". Исследования ю теме диссертации проведены при поддержке ГК РФ по высше-5у образованию - грантов 1994-95 и 1996-97 гг. в области ме-аллургии (Урал), грантов международной образовательной про-раммы ГЭБЕР "Соросовские аспиранты " № а371-ф (1995) и № 96-1465, гранта РФФИ.№ 97-03~32483а.

Целью работы является получение при помощи численного [оделирования информации о составе и структуре поверхности войных сплавов систем Си-А^ Си-Бп и Ре-Бп. В этих сплавах аблюдается заметная поверхностная сегрегация второго компо-ента, согласно данным различных экспериментов: как спектро-копических (методами оже-электронной спектроскопии (ОЭС),

дифракции электронов низких энергий (ДЭНЭ), температурно-программируемой десорбции - ТПД), так и вычислительных. Однако спектроскопические эксперименты не дают законченной картины состояния поверхности расплавов. Поэтому в работе поставлен ряд задач по изучению поверхностной сегрегации при помощи моделирования. Эти задачи следующие:

1. Обоснование требований к методу моделирования с целью выбора метода и программная реализация метода моделирования.

2. Определение, на основе расчёта свойств чистых элементов или сплавов, параметров Си, А§, Бп, Ре в рамках метода Монте-Карло с вычислением энергии межатомного взаимодействия по методу погруженного атома (МПА).

3. Исследование поверхностных структур и профиля поверхностной концентрации в системах Си-А§, Си-Бп, Ре-Эп путём моделирования в широком интервале объёмных концентраций и при температурах, включающих как кристаллическое, так и жидкое состояние металла.

4. Оценка границ применимости методики эксперимента и правильности полученных микроскопических картин путём анализа расчётных данных и сравнения их с результатами спектроскопических и других вычислительных экспериментов.

Научная новизна. В диссертации впервые:

- получены количественные модельные данные о составе поверхности разбавленных растворов Си-Ад, Си-Бп в твердом и жидком состояниях и о влиянии объемного фазового состояния на состав и структуру поверхности;

- получено теоретическое доказательство многослойного характера сегрегации олова в разбавленных растворах на основе меди.

- выявлен ряд соразмерных поверхностных фаз олова и серебра в поверхностном слое сплавов на основе меди: р(1х1)Ад, с(2х2)Бп, р(1х2)5п.

Практическая значимость работы

1. Разработано программное обеспечение методики вычислительного эксперимента на основе алгоритма Монте-Карло с вычислением энергии межатомного взаимодействия в соответствии с МПА.

2. Тестирование методики моделирования проведено путём вычисления объёмных и поверхностных свойств как чистых эле-

ментов, так и поверхностной сегрегации в разбавленных твёрдых растворах Cu-Ag.

3. Получены модельные данные о составе и структуре поверхности сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для совершенствования технологий защиты поверхности.

На защиту выносятся:

1. Результаты применения метода МПА для описания поверхности сплавов переходных металлов, содержащих олово, на примере моделирования последовательности поверхностных фазовых переходов c(2x2)Sn -> p(lxl)Sn -» ,p(lxl)Sn+p(2x2)Sn в системе (lOO)Fe-Sn.

2. Особенности характера поверхностной сегрегации олова в сплавах Cu-Sn как в твёрдом, так и в жидком состоянии, в частности немонотонное расперделение атомов сегреганта по глубине.

а. Данные о поверхностной сегрегации и структуре поверхностных фаз при моделировании поверхности ряда систем:

« в сплавах Cu-Ag в интервале составов от 0,5 до 13 ат.% Ag в объёме, в поверхности с индексом (111) существует структура pOxlMg; в твёрдом состоянии она дополняется адсорбированными атомами Ag, а в жидком - поверхностным "газом" из атомов Ag; расчёты для граней других типов показывают меньшую степень сегрегации;

• в сплавах Си—Sn в интервале составов or 0,5 до 17 ат.% Sn в объёме, в поверхности с индексом (100) наиболее устойчива структура c(2x2)Sn, а в поверхности (lll)Cu, так же как и в жидком состоянии,- структура p(lx2)Sn; обе поверхностные структуры примерно эквивалентны, возможно их сочетание;

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на

следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

1. Республ. научно-техн. конф. "Физико-химия металлических и оксидных расплавов" (Екатеринбург, 1993);

2. 1-я Украинская- конф. "Структура и физические свойства неупорядоченных систем" (JIbBiB, 1993);

3. VIII Всеросс. конф. "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов" (Екатеринбург, 1994);

4. The 9th Int. Conf. on Liquid and Amorphous Metals (Chicago, IL, USA, 1995);

б

5. Российский семинар "Структурная наследственность в процессах сверхбыстрой закалки металлов" (Ижевск, 1995);

6. Всероссийская конференция "Химия твердого тела и новые материалы" (Екатеринбург, 1996);

7. 3-й Росс, семинар "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов" (Курган, 1996);

8. Междунар. конференция "Эвтектика IV" (Днепропетровск, 1997).

Публикация результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 5 статей и 8 тезисов докладов.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (84 источника) и 2 приложений. Она содержит 101 страницу, включает 11 таблиц и 26 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении отмечена актуальность темы исследования, определена цель исследования, сформулированы задачи, решаемые в работе, обоснован выбор исследуемых систем, представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации кратко рассмотрены основные методы, которые применяют при теоретическом изучении поверхностного слоя конденсированных материалов. Обзор начинается с первопринципных методов расчёта электронной структуры, но содержит, в основном, анализ различных эмпирических приближений, которые применяют при моделировании атомной структуры. В качестве источников информации взяты как классические монографии, так и новейшие исследования в рассматриваемой области. При описании особый акцент ставится на оценке применимости методов к изучению явления поверхностной сегрегации и их эффективности в этом отношении. Всюду, где это возможно, проводится сравнение по этим критериям с методом погруженного атома.

Метод МПА выбран в данном исследовании в качестве основного средства описания энергии межатомного взаимодействия, исходя из анализа особенностей поверхностного слоя в свете поставленной в работе цели. Во-первых, он позволяет рассчитывать многие поверхностные свойства: поверхностное натяжение, релаксацию и реконструкцию поверхности, поверхностную сегрегацию, структуру поверхностных фаз, распределение фононов в поверхности и другие свойства. Во-вторых, метод позволяет вычис-

лять и ряд объёмных свойств: гиббсовы свободные энергии, температурное расширение, диффузию частиц, дисперсию фононов, свойства вакансий, примесных атомов и других дефектов, а также структуру металла в жидком и стеклообразном состояниях, структуру сплавов, границ зёрен и межфазных границ. Моделирование большинства объёмных свойств возможно проводить в равновесии с поверхностью, в одном вычислительном эксперименте. В-третьих, входными параметрами для МПА являются только объёмные свойства монокристаллов.

Выбранный метод достаточно универсален: с его помощью моделировались 5-, р-, ¿-элементы, металлы и неметаллы, чистые и в химических соединениях. МПА успешно работает в рамках и метода Монте-Карло, и молекулярной динамики. МПА вычислительно эффективен, по затратам времени он сравним с подходом парных модельных потенциалов. Совокупность всех чтих черт сделала МПА, как зпдпо из обзора, довольно популярным в количественных и полуколичественных расчётах поверхностных явлений.

ВУорая глава диссертации является формальным описанием методики вычислительного эксперимента. Она посвящена решению следующих методических задач: 1) выбор и оценка существенных параметров моделей, исходя из специфики явления поверхностной сегрегации и поверхности металла, как объекта моделирования; 2) создание программного комплекса, позволяющего проводить Монте-Карло + МПА моделирование в различных металлических система; в широком температурном диапазоне; 3) аттестация методики путём вычисления некоторых термодинамических и структурных свойств объёма и поверхности чистых металлов. Окончательная аттестация программного комплекса на примере разбавленного раствора Ад в Си и сравнение полученных результатов с имеющимися в литературе приводится в следующей главе, вместе с новыми результатами по этой системе.

При изложении методики описание физических основ МПА вводится после представления алгоритма Монте-Карло, поскольку таким образом возможно сразу обозначить место МПА в алгоритме моделирования - как одну из его процедур, а именно, как средство для вычисления энергии межатомного взаимодействия ансамбля частиц. В соответствии с методом МПА энергия межатомного взаимодействия представляется в виде суммы;

я

. I ММ- (1)

где первое слагаемое есть энергия притяжения данного атома остальным - т.н. энергия внедрения её аргумент р - это сум марная электронная плотность, создаваемая в точке, где находит ся данный атом, всеми соседними атомами; второе слагаемое -это энергия кулоновского отталкивания.

Конкретный вид вычислительного алгоритма зависит и о' используемого термодинамического ансамбля. В настоящей рабо те выбран канонический ансамбль Кроме того, с учётог

масштаба взаимодействий, присущего МПА, определены мини мально допустимые размеры вычислительных ячеек.

В целом реализованная методика моделирования Монте Карло с вычислением энергий по методу МПА позволяет прово дить расчёты разнообразных свойств металла. Для сплавов он; позволяет оценивать степень поверхностной сегрегации, получат, характеристики поверхностных структур и профилей концентра ции. Для этого оказывается достаточным только воспроизвести ) предварительных расчётах упругие и вакансионные свойства чис тых элементов с получением набора параметров, описывающи: эти элементы в рамках метода МПА. Найденные таким образов параметры пригодны для моделирования и сплавов, и чистых ме таллов.

В частности, для меди и серебра проведена апробация мето дики при моделировании плавления соответственных однокомпо нентных металлов. Статистическая оценка полученных микро структур жидкого и кристаллического состояний показывает про явление в модели фазового перехода плавления. Также получеш удовлетворительное совпадение с экспериментом при моделиро вании теплового эффекта плавления.

С целью апробации полученных параметров и комплекс; программ, реализующих методику, проведено вычисление релак сации поверхности и поверхностной энергии меди и серебра:

&=(Е-ЫЕсуб) / Б

лое» . (2)

где первое слагаемое - это энергия ансамбля с поверхностьк площадью впса, вычисляемая по методу МПА; второе слагаемое -энергия того же числа атомов N в объёме.

Моделирование этих поверхностных свойств даёт удовлетво рительное количественное согласие с экспериментом (табл. 1).

Таблица 1

Структурные и энергетические характеристики чистых поверхностей, вычисленные с применением МПА __и экспериментальный

Элемент Поверхностная энергия, мДж/м2 Релаксация первого меж-слойного промежутка, пм

МПА эксперимент МПА эксперимент

Си 1240±200 1790 -5,0+2,0 -2,6

А? 675+120 1240 -б,0±2,0 -3,8

В третьей главе содержатся результаты моделирования поверхностной сегрегации серебра как в традиционных для МПА твёрдых разбавленных растворах Cu(Ag), так и в более концентрированных (до 13 ат.% Ag), а также для расплавов. Необходимость таких расчётов вызвана тем, что спектроскопические эксперименты показывают на этих объектах высокую степень сегрегации Ag, но не дают полностью законченной микроскопической картины явления. В частности, ТПД эксперименты, выполненные для сплавов Cu-Ag с содержанием серебра 0,5; 1; 3; и 13 ат.% показывают, что в твёрдом поликристаллическом состоянии поверхностная концентрация достигает 60 ат.%, а в жидком снижается вдвое, всё же значительно превышая объёмную.

Результаты моделирования поверхности сплавов Cu-Ag раз-чичного состава (от 0,5 до 13 ат.% Ag) как в твёрдом состоянии, гак и в жидком, показывают высокую степень поверхностной сегрегации серебра. Заполнение поверхности атомами Ag в твёрдом •.остоянии достигает более половины монослоя (60-70 ат.%). Для >асплавов поверхностная концентрация Ag вдвое меньше (30-35 it.%). Для монокристаллов наблюдается зависимость степени :егрегации от кристаллографического индекса поверхности: так, 1ля сплава Си-3 ат.% Ag поверхностная концентрация атомов \.g составляет 11 ат.% на грани (1Ю)Си, 25 ат.% на грани (100) Zu и 60 ат.% на грани (111)Си. Полученные результаты находят-:я в количественном согласии с расчётами поверхностной кон-(ентрации серебра в сплавах таких же составов, выполненными ta основе данных ТПД эксперимента (рис. 1).

Моделирование поверхностной сегрегации позволило также юлучить микроскопические картины поверхности сплавов. В ре-ультате можно выделить структуры, специфичные для твёрдого и жидкого состояния (рис.2). В поверхности кристалла (111)

нов Ад , ат.% во - - - V " ■ ' < > .......... г ? У —«-' > ^ а> -

АО 20 - ^ < А < >• ГГб)

о 1 1

Сдд,ат.%

Рис.1. Поверхностная концентрация серебра в сплавах Си~А£ в зависимости от объёмной концентрации спо данным ТПД экспериментов и моделирования: а- концентрация в твёрдом состоянии, б- в жидком; сплошные линии - модельная зависимость, пунктир - по данным ТПД

#0 О о#ооф

•©©ОСОСФ ОоффоОЭо ффоО&оо®

ФОФФФоОФ

ФОООО&Ф о оооО#оо

Фооо+ОФо

ОоООООО о .ОфООО^

фог/оопоо

©о #о о® •

а) • б)

Рис. 2. Структура поверхности сплава Си-3 ат.% А&: а - поверхность (111 )Си при Г=750 К; б -расплав при Т=1500 К; адатомы обозначены "А"

п

Си(А§) серебро и медь группируются в отдельных поверхностных фазах; при этом атомы Ag образуют структуры р(1х1), а также наблюдается вытеснение отдельных атомов Ад в адсорбционные состояния, расположенные над первым монослоем поверхности. Для жидкого состояния характерна поверхность на основе меди, более гладкая, с сохранением фрагментов упорядоченной поверхностной фазы серебра р(1х1). Но значительная доля атомов А^ пребывает отдельно от других атомов серебра, т.е. в окружении атомов меди.

При анализе профилей концентрации обнаружено, что градиент концентрации практически исчезает, начиная с 3-го слоя (рис. 3 а). Это позволяет рассматривать нижележащие слои, как ?бъём сплава, а профиль концентрации считать монотонным. При »том для более концентрированных растворов монотонность ме-?ее выражена, так как наблюдается объёмное расслоение на фа-¡ы, обогащенные Ай и Си (рис 3 б).

яс.З. Профили концентрации сплавов системы (1 И)Си-А£ при 750 К: а - объёмные составы указаны на поле графика; б - микроскопический профиль для сплава Си-13 ат.% Ag

о

В четвёртой главе диссертации излагаются результаты, поденные при представлении олова в рамках метода МПА. При шении этой задачи выбрана нетрадиционная схема определения раметров. Это объясняется более сложной симметрией чистого

олова, чем у традиционных для МПА объектов - ГЦК металлов. Вместо достижения в расчётах точных значений упругих свойств самого олова, эти свойства воспроизводятся для сплава Ag-3,18 ат.% Sn. При этом параметры МПА для Ag берутся из расчётов в системе Cu(Ag), а параметры Sn определяются в ходе самой процедуры расчёта.

Представленное таким образом в методе МПА олово рассматривается далее при моделировании системы Fe - адслой Sn. Необходимые параметры МПА железа определяются традиционным для МПА способом. Для сплава Fe~Sn имеется надёжные дифракционные данные о структуре поверхностных фаз олова, образующихся при сегрегации Sn в этой системе. Проведённое моделирование поверхностных фаз показывает наличие всех трёх типов фаз, наблюдающихся в эксперименте ДЭНЭ по мере увеличения степени поверхностной сегрегации: c(2x2)Sn, p(lxl)Sn, p(2x2)Sn. Моделирование даёт совпадение не только по типу поверхностных фаз, но и правильную зависимость типа фазы от поверхностной концентраций олова.

На основании полученных в этой главе результатов делается вывод о перспективности рассмотрения и других оловосодержащих сплавов, например, системы Cu-Sn, при моделировании по методике Монте-Карло + МПА.

Пятая, заключительная глава содержит результаты моделирования поверхности сплавов Cti(Sn) с определёнными в предыдущих главах параметрами МПА для Си и Sn. Изучены сплавы с объёмным содержанием Sn от 0,5 до 17 ат.% как в твёрдом, так и в жидком состояниях. Во всех промоделированных составах наблюдается поверхностная сегрегация олова с достаточно высокой степенью (рис. 4а): например, для сплава Си-17 ат.% Sn в монокристаллическом состоянии концентрация олова в первом слое составляет 50±5 ат.%. Однако, изменения концентрации охватывают большее число слоев, чем в системе Cu-Ag. В упомянутом сплаве концентрация спадает до объёмного значения только в 5-6 слое. Тем не менее разброс значений в соседних слоях значителен, поскольку концентрация в нижележащем слое может быть выше. Поэтому полученные при моделировании профили концентрации олова могут быть охарактеризованы как слабоосцилли-рующие.

Для поверхности (100)Си при упомянутом полумонослойном покрытии поверхности выявлено, что наиболее устойчива структура с(2х2) Sn, а в поверхности (Ш)Си, так же как и в жидком

2 p(lx2)Sn в) г)

Рис. 4. Состав и структура поверхности в системе Cu-Sn: а - поверхностная концентрация Sn в зависимости от объёмной для монокристаллического (1) и жидкого состояний (2) по результатам моделирования (сплошные линии и точки) и ТПД (пунктир и пустые точки); б - поверхность (100); в- поверхность (111) сплава Си-17 ат.

% Sn: 1-ГЦК ячейка, 2-элементарная ячейка поверхности; г - структура поверхности расплава Си-13 ат.% Sn

состоянии - структура р(1х2) Бп (рис.4 б,в). Геометрически об£ поверхностные структуры можно считать эквивалентными, поскольку они отражают одновременную выгодность образования связей Бп-Зп и чередования атомов Си и Эп. Осциллирующий профиль концентрации может быть объяснён в этих же терминах: чередование слоев, обеднённых и обогащённых оловом; причём, е последних имеются связи Зп-Бп. Кроме того, возможно сочетание этих структур при меньших, чем половинное, покрытиях (рис. 4г).

В целом модельные результаты, полученные в этой системе, находятся в количественном согласии с расчётами поверхностной концентрации олова в сплавах таких же составов, выполненными на основе данных ТПД эксперимента и дополняют их новой информацией о структуре поверхностных фаз. В частности, высокое модельное значение концентрации олова во втором слое подтверждает высказывавшуюся ранее гипотезу о двуслойном характере сегрегации олова в сплавах Си-Бп.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При моделировании поверхности сплавов Си-А^, Си-5п и Ре-Бп в температурном диапазоне, охватывающем как монокристаллическое, так и жидкое состояния, получены следующие модельные и теоретические результаты:

1. Разработана и программно реализована методика моделирования поверхности сплавов методом Монте-Карло с вычислением энергии межатомного взаимодействия по методу погруженного атома (МПА). Она дает информацию о составе и строении поверхностного слоя твердого и жидкого металла, а также о структуре приповерхностной области, например, о распределении атомов сегрегирующего элемента по глубине. Анализ микроскопических картин состояния поверхности исследованных сплавов позволяет определить структуру специфических поверхностных фаз, что в области жидкого состояния не позволяют сделать традиционные экспериментальные методы.

2. Методика апробирована при вычислении как поверхностных, так и объёмных свойств чистых материалов. В частности, показано, что в модели при плавлении металла наблюдается тепловой эффект, что выражается в скачкообразном изменении энергии межатомного взаимодействия; анализ изменения ближайшего атомного окружения, выполненный на основе сопоставления

функций радиального распределения атомов в монокристаллическом и жидком состояниях, показывает наличие и структурных изменений, характерных для фазового перехода плавления. Применительно к поверхности чистых металлов методика позволяет проводить вычисление избыточной поверхностной энергии и величины изменения первого межслойного промежутка. Пол ученные результаты для меди и серебра находятся в удовлетворительном согласии с данными других экспериментов.

3. Выбор и использование метода МПА для вычисления энергии межатомного взаимодействия позволили избежать априорных предположений о составе и структуре поверхности сплавов. В моделях получена зависимость степени сегрегации от объёмного фазового состояния сплава. Так, для системы Си~А§ с содержанием серебра 0.5 до 13 ат.% установлено, что поверхностная концентрация Ag в твёрдом состоянии достигает максимума, равного 60 ат.% на грани (И1)Си. а в жидком снижается примерно здпсе. Анализ зависимости степени сегрегации от объёмной концентрации показывает небольшое снижение поверхностной концентрации при переходе к более концентрированным растворам в твёрдом состоянии и, наоборот, более быстрый рост её для жид-(ого состояния. Такая же по характеру зависимость степени сегрегации для жидкого состояния наблюдается и в системе Си-Бп. 3 твёрдом состоянии также наблюдается рост поверхностной :онцентрации атомов олова при увеличении объёмного содержа-1ия Бп во всём исследованном диапазоне составов - от 0,5 до 17 т.% Бп.

3. Выявлена значительная микронеоднородность поверхности плавов Си-Ад в твердом состоянии, которая выражается в по-ерхностном расслоении на фазу с преобладанием Си и фазу, бо-атую Ag. При этом структура последней может быть описана как 1x1 )А§. В жидком состоянии ближайшее окружение поверхност-ых атомов Ад также соответствует такой структуре, но дополнятся "поверхностным газом" из отдельных атомов серебра. Тен-енция к расслоению сохраняется и для объёма. Хотя в целом в главах этой системы обнаруживается монотонный профиль кон-знтрации, быстро спадающий в 2-3 слоях до объёмного значе-ня, в объёме более концентрированных растворов (>10 ат.%) »можно выделение областей, похожих на а-фазу Ад.

4. Показана возможность применения метода МПА для опи-1ния поверхности сплавов переходных металлов, содержащих юво, на примере моделирования последовательности поверхно-

стных фазовых переходов с(2х2)5п-»р0х1)$п->р(1х1)5п+р(2х2) Эл в системе (100)Ре-5п с воспроизведением не только всех трёх типов поверхностных структур, но и концентрационных диапазонов их существования. Способ определения параметров олова -из моделирования сплава замещения с одним из традиционных для МПА металлов - серебром, - позволил применять найденные параметры олова и в сочетании с другими переходными металлами, в частности, медью.

5. Изучены структуры поверхностных фаз олова в сплавах Си-Бп как в твёрдом, так и в жидком состоянии, в широком интервале составов - от 0,5 до 17 ат.% вп в объёме. Для поверхности с индексом (100) выявлено, что наиболее устойчива структура с(2х2)8п, а в поверхности (111)Си, так же как« в жидком состоянии - структура р(1х2)5п; обе поверхностные структуры примерно эквивалентны, поскольку отражают одновременную выгодность образования связей Бп-ёп и чередования атомов Си и Бп; возможно сочетание этих структур. Полученные результаты находятся в количественном согласии с расчётами поверхностной концентрации олова в сплавах таких же составов, выполненными на основе данных ТПД эксперимента и дополняют их информацией о структуре поверхностных фаз.

6. Исследование модельных профилей концентрации сплавов Си-Бп подтверждает высказанную ранее гипотезу о двуслойном характере сегрегации олова. В частности, обнаружено немонотонное распределение атомов сегрегирующего элемента по глубине.

Полученная модельная информация о поверхностных фазах, их структуре, температурном и концентрационном диапазоне существования этих фаз и о распределений атомов по мере изменения расстояния от поверхности расширяет представления о характере явления поверхностной сегрегации, в значительной мере определяющем протекание многих гетерогенных процессов.

Представленные статистические модели поверхностного слоя сплавов позволяют сопоставить свойства поверхности металла в жидком и монокристаллическом состояниях. Выявленные характеристики поверхностной сегрегации компонентов кц и Бп в сплавах на основе меди дают возможность прогнозирования свойств этих сплавов в широком диапазоне температур в зависимости от объёмного содержания компонентов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Десорбция компонентов аморфного металлического сплава при структурных и фазовых превращениях: Препринт / Г.П. Вяткин, Т.П. Привалова, А.Е. Чудаков и др.-Челябинск: ЧГТУ, 1992.-40 с.

2. Адсорбционно-десорбционные процессы на поверхности бинарных сплавов при протекании структурных и фазовых пре-

. вращений: Препринт / Г.П. Вяткин, Т.П. Привалова, А.Е. Чудаков и др.- Челябинск: ЧГТУ, 1993.-72 с.

3. Вяткин Г.П., Привалова Т.П., Пастухов Д.В., Чудаков А.Е. Десорбция компонентов металлического сплава, стимулированная переходом из аморфного состояния в кристаллическое // Докл. Акад. наук.-1993.-Т. 329, N5.-C. 598-599.

4. Влияние фазовых и структурных превращений в сплавах Fe-С на скорость десорбции частиц /Г.П. Вяткин, Г.П. Привалова, Д.В. Пастухов, А.Е. Чудаков и др. // Тез. докл. республ. научно-техн. конф. "Физико-химия металлических и оксидных расплавов", 21-22 сент.-Екатеринбург, 1993.-С. 62.

5. Привалова Т.П., Пастухов Д.В., Алексеева Т.О., Чудаков А.Е. Десорбция компонентов металлического сплава, стимулированная переходом из аморфного состояния в кристаллическое / / Тез. nepmoi Украшськ01 конф. "Структура i ф1зичн1 властивоесч невпорядкованих систем" Ч.2.-Льв1в, 1216 жовтня 1993.-С. 66.

6. Морозов С.И., Чудаков А.Е., Пастухов Д.В. Применение ПЭВМ IBM PC для управления масс-спектрометрическим измерительным комплексом /./ Тез. докл. VIII Всеросс. конф. "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", 13-15 сент. 1994.-Челябинск: ЧГТУ, 1994.-Т.2-С. 63.

7. Particles' desorption from the surface of the amorphous metallic alloy during its crystallization / G.P. Vyatkin, T.P. Privalova, A.E. Chudakov, D.V. Pastukhov // The 9th International Conference on Liquid and Amorphous Metals, Aug.27-Sept.l, 1995.-Chicago, IL, USA, 1995.-P.164.

3. Вяткин Г.П., Привалова Т.П., Чудаков А.Е. Десорбция атомных частиц как отражение структурных превращений в аморфном металлическом сплаве // Тез. докл. российского семинара "Структурная наследственность в процессах

сверхбыстрой закалки металлов", 26-28 сент.1995.-Ижевск, 1995.-С.71.

9. Поверхностные оксидные фазы при сегрегации бора и олова в металлических сплавах /Г.П. Вяткин, Т.О. Алексеева, Т.П. Привалова, С.И. Морозов, А.Е. Чудаков //Тез. докл. Всероссийской конф. "Химия твердого тела и новые материалы", 14-18 окт. 1996. -Екатеринбург, 1996.-Т.2, С. 24.

10. Вяткин Г.П., Чудаков А.Е. Применение метода погруженного атома к исследованию поверхностной сегрегации / / Тез. докл. 3-го Российского семинара "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов", 15-18 окт. 1996.-Курган, 1996.-С.73-74.

11. Вяткин Г.П., Алексеева Т.О., Привалова Т.П., Чудаков А.Е. Поверхностная сегрегация и термическая десорбция серебра в сплавах Ag-Cu // Тез. докл. междунар. конф. Эвтектика IV, 24-26 июня 1997-Днепропетровск, 1997.-С. 22.

12. Particle desorption from the surface of the amorphous metallic alloy / G.P. Vyatkin, T.P. Privalova, A.E. Chudakov et al. / / Journ. of Non-Cryst. Solids-1996.-N 205-207 - P.563-566.

13. Чудаков A.E., Вяткин Г.П., Привалова Т.П., Гельчинский Б.Р. Моделирование поверхностной сегрегации в двойных сплавах с применением метода погруженного атома: Препринт / Челябинск: ЧГТУ, 1997.-48 с.

Автор благодарен доктору физико-математических наук, профессору Л.И.Вороновой (Курганский гос. университет) за возможность использования программ визуализации; доктору физико-математических наук, профессору Б.Р.Гельчинскому (ЮУрГУ) за ценные консультации по вопросам моделирования и обсуждение результатов.

'J /