Диффузия никеля в поликристаллическом кобальте, намагниченном внешним постоянным магнитным полем Миронов, Денис Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. Диффузия и другие процессы массопере-оса происходят в физических системах в самых разнообразных ус-овиях. Переоценить роль указанных процессов в науке и технике рактически невозможно. Перенос массы определяет формирование стабильность структуры и фазового состава, создающих комплекс шзико-химических, механических и иных свойств твердых тел.

Внешние воздействия, к которым можно отнести внешнее одно-одное магнитное поле постоянной напряженности, могут заметно ізменять скорость протекания диффузии в сплавах, что, в свою ічередь, влечет за собой изменение их структуры и свойств. Это об-тоятельство создает важные предпосылки для разработки методов [еленаправленного воздействия на диффузионные процессы в ме-аллах и сплавах с целью получения их новых свойств.

Экспериментальные данные дают представление о характере и тепени влияния магнитного поля на распределение концентраций іазньгх диффузантов в ферромагнитной матрице, что позволяет де-іать предположения о его возможных физических механизмах. Од-іако, число таких механизмов, действующих одновременно, может казаться весьма значительным. Проявление нескольких механиз-юв в различных областях напряженностей внешнего постоянного іагнитного поля (ПМП), температурах и состояниях матрицы мо-кет быть неодинаковым.

Современное производство активно использует сплавы на основе зерромагнитной матрицы ( Fe, Со, Ni). Большую роль в формиро-іании их структуры и физико-механических свойств играет диффу-ия, контролирующая такие процессы как коагуляция, старение, шастическая деформация и др. Кроме того, диффузия является ос-ювой многих широко используемых технологий, например, цемен-ации, азотирования сталей, диффузионной сварки, спекания по-юшков.

Таким образом, экспериментальное исследование влияния внеш-гего ПМП на диффузию в ферромагнитной матрице на основе ко-іальта представляется актуальным как с научной точки зрения, так [ в прикладном плане.

4 Цель и задачи исследования. Целью работы является:

экспериментальное исследование влияния внешнего однородного магнитного поля, постоянной по времени напряженности, на диффузию никеля в поликристаллическом кобальте,

выявление наиболее вероятных механизмов наблюдаемых явлений.

Для достижения поставленной цели решалась следующая совокупность задач:

1. Методом радиоактивных изотопов исследовать влияние внешнего ПМП на объемную и зернограничную диффузию никеля в поликристаллическом кобальте в температурном интервале, включающем ферромагнитную и парамагнитную области диффузионной матрицы.

2. Дополнительно исследовать влияние внешнего ПМП на структуру поликристаллических образцов во время диффузионного отжига.

3. Выявить основные закономерности данных процессов и проанализировать наиболее вероятные механизмы влияния ПМП на примесную диффузию в ферромагнетике.

Научная новизна работы.

4. Впервые проведено исследование объемной диффузии никеля в поликристаллическом кобальте во внешнем ПМП в широком интервале температур, включающем точку магнитного фазового перехода кобальта.

5. Впервые исследовано влияние внешнего ПМП на зернограничную диффузию никеля в поликристаллическом кобальте.

6. Установлено, что магнитное поле оказывает влияние на диффузию примеси по объему и по границам зерен лишь в ферромагнитной области температур. При этом, коэффициенты объемной диффузии никеля в поликристаллическом кобальте, и параметр зер-нограничной диффузии никеля немонотонно зависят от напряженности внешнего ПМП.

7. Установлено, что для объемной и зернограничной диффузии никеля в поликристаллическом кобальте, при переходе через точку-Кюри матрицы имеет место эффект "магнитной диффузионной аномалии".

5. Впервые установлено влияние внешнего ПМП на структуру бразцов поликристаллического кобальта во время диффузионных тжигов.

6. Предложена феноменологическая модель, позволяющая каче-гвенно описать полевую зависимость коэффициентов диффузии в іерромагнетиках во внешнем ПМП.

Практическая ценность работы. Результаты экспериментов пока-али, что внешнее ПМП оказывает заметное влияние на диффузи-нную подвижность и форму концентрационных профилей при иффузии никеля по объему и границам зерен поликристаллическо-э кобальта для температур ниже точки Кюри матрицы. Данное об-гоятельство может быть использовано для совершенствования [ногих технологий таких, как термомагнитная обработка, старение, иффузионная сварка, гомогенизация сплавов, основой которых яв-яется диффузия примесей в ферромагнитных матрицах в ПМП.

В работе предложена феноменологическая модель влияния по-гоянного магнитного поля на диффузию, основанная на ученте до-олнительных потоков диффундирующих атомов, возникающих ри магнитострикционных деформациях кристаллической решетки атрицы. Это позволяет качественно предсказывать поведение по-евой зависимости коэффициентов диффузии примеси в ферромаг-итной матрице, в случае, если известны величина и знак константы агнитострикшш при заданных температуре отжига напряженности нешнего ПМП.

Іоложения, выносимые на защиту.

1. Параметры объемной и зернограничной диффузии никеля в оликристаллическом кобальте зависят от напряженности внешнего остоянного магнитного поля при температурах ниже температуры зчки Кюри диффузионной матрицы, и не зависят от поля выше ее.

2. Температурные зависимости коэффициента объемной диффу-ІИ ⁶³Ni в поликристаллическом кобальте проявляют эффект диффу-гонной магнитной аномалии, при переходе через точку магнитно-) фазового перехода матрицы, с величиной эффекта аномалии AQ Q^f-Q^p= 138,82 кДж/моль

3. Температурные зависимости параметра зернограничной диффузии ^Ji в поликристаллическом кобальте, при переходе чере: точку магнитного фазового перехода матрицы проявляют эффект подобный эффекту диффузионной магнитной аномалии свойственного объемному коэффициенту диффузии.

Апробация работы:

Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на: IV международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" (Воронеж. 1996); на II международной конференции "Взаимодействие излучений с твердым телом "ВИТТ97" (Минск, 1997); на международное семинаре "Materials Research Society Symposium" (MRS 1998 Spring Meeting); на международной конференции "Diffusion and diffusional phase transformation in alloys " DIFTRANS'98 (Cerkasy, 1998)

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 115 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 131 наименования.