Электрические свойства сплавов типа твердых растворов
электрическое
сопротивление при наклепе уменьшается, оно снова возрастает при
рекристаллизационном отжиге. Эти изменения нельзя связать с нарушением при
наклепе порядка в расположении атомов и восстановлением его при отжиге; при
разрушении упорядоченной структуры электросопротивление должно было бы
возрастать, а при рекристаллизации – уменьшаться.
Необычное изменение электросопротивления наблюдается также и при
температурной обработке железоникелевых сплавов, содержащих до 6%
молибдена.
На рисунке 6 приведено изменение удельного электросопро-тивления
однофазных сплавов состава Ni3Fe (приблизительно) с различным содержанием
молибдена (от 0 до 6%) в зависимости от степени обжатия при холодной
деформации. В исходном состоянии были отожжены с очень медленным
охлаждением от 550 до 200(С (в течении недели) для получения структуры,
стабильной при низкой температуре.
Из рис.6 следует, что электросопротивление сплава Ni3Fe без Мо
увеличивается на 35% после холодной деформации, что соответствует
разупорядочению. Поскольку холодная деформация приводит вновь к
статистическому распределению атомов по узлам решетки, принимается, что
увеличение электросопротивления после сильного обжатия,, грубо говоря,
пропорционально степени порядка, существовавшей в сплаве после отжига, до
наклепа. Уже при 0,5% Мо значительно уменьшается исходная степень порядка
сплава Ni3Fe, а при 1% Мо почти полностью отсутствует упорядоченное
расположение атомов.
Предполагается, что при низких температурах под влиянием Мо
упорядочение Ni3Fe устраняется и заменяется сегрегацией в виде скоплений
размером порядка длины свободного пробега, причем увеличивается остаточное
сопротивление. Переход к сегрегации происходит непрерывно с возрастанием
содержания молибдена.
Деформация «разгоняет» эти скопления и приводит к статистическому
распределению атомов, причем электросопротивление понижается; последующий
отпуск при температуре до 450(С снова его восстанавливает. Нагрев до более
высоких температур, также как и в упорядочивающемся сплаве Ni3Fe, сообщает
решетке твердого раствора статистическую однородность.
Усиление рассматриваемого эффекта с концентрацией третьего компонента
принципиально отличает этот процесс от упорядочения.
Исследованием кинетики превращения однородного раствора в неоднородный
(сплав с 79% Ni, 5% Мо, 16% Fe) установлено, что энергия активации этого
процесса равна 294000 Дж/моль. Эта величина и общие черты описываемого
превращения свидетельствуют о том, что оно происходит обычным диффузионным
путем. Об этом говорит также и обратимость изменений электросопротивления
при наклепе и рекристаллизации, при закалке и отпуске.
Судя по изменению электросопротивления, неоднородный твердый раствор
найден в сплавах как с объемноцентрированной, так и с гранецентрированной
кубической решеткой.
Влияние ближнего порядка на электрическое сопротивление.
Рассмотрим сначала причины изменения электросопротивления при
повышении температуры отжига предварительно хорошо отожженных образцов.
Хорошо отожженные образцы получались путем медленного (со скоростью ( 50
град/час) охлаждения образцов после отжига их при 600-800 (С. В таких
образцах степень порядка соответствует примерно состоянию, достигаемому
отжигом при 200(С (ниже диффузные процессы идут крайне медленно). Учет
разницы в ( (в (-Cu – A1F1/G ( 4%, F2/G ( 3%, F3/G ( 1,3%, но, поскольку
(3 в отожженных сплавах весьма мало и С2/С1=1/2) повышает
электросопротивление на 1-3% при повышении температуры отжига до 400(С.
кроме того, за счет понижения n*, достигающего 11-12%, рост
электросопротивления должен составить ( 8%. Таким образом, суммарное
повышение электрического сопротивления при повышении температуры отжига до
400(С должно достигать 9-11%. Измеренный же экспериментально эффект
составляет ( 5-6%. Это различие между расчетом и экспериментом может быть
обусловлено рассасыванием неоднородностей, возможно возникших в (-Cu-A1 при
медленном охлаждении образцов, а возможно, и влиянием фоновой части
электросопротивления.
Картина изменения электросопротивления при термической обработке
деформированных образцов сложнее и, что весьма существенно, в значительной
мере зависит от всей истории исследованного образца (например,
электросопротивления предварительно отожженных образцов или
деформированных, совпадают между собой при Т ( 3500 С). В связи с этим
здесь будет рассмотрена лишь общая схема возможной интерпретации изменения
электрического сопротивления в сплаве ( - Cu – Al и указанны основные
факторы, определяющие поведение электросопротивления при термической
обработке этого сплава после деформации. В различных конкретных условиях
комбинации основных факторов могут, разумеется, оказаться различными.
Понижение электросопротивления при отжиге деформированных сплавов ( -
Cu – Al в интервале температур 20 – 2500 С происходит за счет следующих
факторов: 1) роста |(1|, приводящего к понижению электросопротивления на 5-
10%; 2) роста n*, вызывающего понижение ( на 6-7%; 3) отжига обычных
дефектов, возникающих при деформации; 4) рассасывания малых некогерентных
областей, появляющихся при деформации скорее всего за счет восходящей
диффузии при локальных разогревах и приводящих к появлению дополнительного
диффузного рассеяния рентгеновских лучей. Кроме того, ( должно изменяться
за счет образования малых концентрационных неоднородностей и областей с
различным типом упорядочения, обнаруженных при низкотемпературном отжиге,
что должно вызвать рост ( вследствие отражения электронов от границ этих
областей. Экспериментально обнаруженное понижение ( составляет в этом
случае 18-20%. Это означает, что примерно 2/3 наблюдаемого экспериментально
обусловлено изменением параметров порядка и связанного в известной степени
n*. На долю остальных факторов приходится примерно 1/3, то есть 6-8%.
Отметим, что эти представления позволяют объяснить по-новому эффект
повышения электросопротивления при продолжительном низкотемпературном
отжиге образцов ( - Cu – Al. Такой отжиг вызывает, вследствии
переупорядочения в обогащенных Al областях твердого раствора уменьшение
|(1|. Уменьшение |(1| и образование границ между областями с разной
степенью порядка и обуславливают обнаруженный эффект.
При более высоких температурах отжига (250 – 4000 С) продолжают
действовать те же факторы (поскольку время отжига мало, ни один из факторов
не прекращает свое действие полностью), и поэтому ( продолжает падать.
Однако при этих температурах одновременно с упорядочиванием в одних
участках (в которых достаточно больше значения параметров порядка ранее
небыли достигнуты) начинают идти процессы разупорядочивания в других
областях образца. На начальной стадии отжига при указанных температурах
повышается роль изменения областей концентрационных неоднородностей. Все
эти процессы, безусловно, влияют на вид кривой ((t) или ((T) и большое
число одновременно действующих в противоположных направлениях механизмов
затрудняет даже полуколичественную интерпретацию обнаруживаемых эффектов.
Укажем, что именно с процессами образования областей концентрационных
неоднородностей с очень высокой степенью ближнего порядка в них связан
эффект резкого возрастания n* вблизи 300 – 3500 С.
Таким образом, объяснение изменения электросопротивления сплава ( -
Cu – Al возможно на основе тех же представлений, что и для других сплавов,
и это подчеркивает общий характер закономерностей, определяющих поведение
физических свойств в однофазных твердых растворах.
Проведенное рассмотрение показывает, что существуют три основных,
дополнительных по сравнению с чистыми металлами, фактора, комбинации
которых определяют особенности поведения электросопротивления при отжиге,
деформации или облучении твердых растворов.
Литературный обзор
Эффект Холла в твердых растворах (Fe1-X MnX)2P. В интервале
температур Т = 42 – 300 К и магнитных полей М = 0 – 7 Тл измерили
намагниченность М, нормальное и аномальное сопротивления Холла кристаллов
(Fe1-X MnX)2P (при 0 ( Х ( 0,005) полученных из порошков Fe, Mn, P (для
предупреждения образования Fe3O в исходную смесь добавляют избыток Р).
Зависимость М(Н) и М(Т) давали основание предположить в качестве основного
источника аномального эффекта – анизотропное рассеяние, а нормального
эффекта – вклады обоих типов носителей заряда.
Обнаружено, что при более высоких температурах отжига (200 – 4500 С)
продолжают действовать те же факторы, что и при более низких температурах
(поскольку время отжига мало, ни один из факторов не прекращает свое
действие полностью), и поэтому ( продолжает падать. Однако при этих
температурах одновременно с упорядочиванием в одних участках (в которых
достаточно больше значения параметров порядка ранее небыли достигнуты)
начинают идти процессы разупорядочивания в других областях образца. На
начальной стадии отжига при указанных температурах повышается роль
изменения областей концентрационных неоднородностей. Все эти процессы,
безусловно, влияют на вид кривой ((t) или ((T) и большое число одновременно
действующих в противоположных направлениях механизмов затрудняет даже
| |  скачать работу |
Электрические свойства сплавов типа твердых растворов |
