Введение к работе
Актуальность темы.
Одной из важнейших прогрессивных технологий, связанных с модификацией свойств материалов, является радиавдюнная технология, позволяющая как изменять свойства, состав материала, так и получать новые материалы. В настоящее врем многие стороны радиационно-стіиіулированной диффузии (РСД) изучаются в экспериментальном отношении и описываются исследователями теоретически. Так как экспериментальное исследование представляет собой сложный комплекс испытаний, энерго- и материалоемких, требующих больших затрат времени, то необходимо математическое моделирование процесса РСД. Сравнение полученных теоретических и экспериментальных данных не только внесет коррективы в математическую модель диффузии, но и позволит прогнозировать эволюцию сплавов при облучении.
Таким образом, математическая модель РСД, имеющая согласование с экспериментом, может стать исследовательским инструментом при решенш многих материаловедческих задач (например, модификация поверхности, объемное перераспределение компонентов сплава).
Цели и задачи настоящей работы.
Целью работы является создание (на основе модели Видерзиха-Окамото-Лэма) математической модели, описывающей диффузию в двойных металлических сплавах замещения при облучении частицами средних энергий, с учетом термодиффузии. Модель должна иметь универсальный характер, позволяющий изменять многие параметры (тип и энергия бомбардирующих частиц, плотность потока, продолжитель-
ность облучения, состав сплава и начальное распределение примеси, температура образца) без изменения самих модельных выражений.
При этом необходимо:
1). разработать математическую модель РСД с учетом термодиффузии на основе физических представлений в виде системы дифференциальных уравнений;
2). выбрать метод решения полученной системы уравнений;
3). провести тестовые эксперименты;
4). провести вычислительный эксперимент по перераспределению компонентов сплава;
5). сравнить полученные данные по перераспределению компонентов сплава с экспериментальными данными и модельными расчетами по радиащгонно-стимулированной диффузии других авторов.
Научная новизна.
Предложена модель радиационно-стимулированной диффузии, в которой впервые описывается поведение сплавов при облучении с учетом термодиффузии.
Универсальность модели состоит в том, что в рамках предложенной модели возможно изменение многих параметров (таких, как тип и энергия бомбардирующих частиц, плотность потока, продолжительность облучения, состав сплава и начальное распределение примеси, температура образца) без изменения самих модельных выражений.
По полученным модельным выражениям, описывающим диффузию в сплавах, были проведены вычислительные эксперименты для нескольких сшіавов; Al-Ge, Ni-Ge, Pd-W, Ni-Si, Fe-Cr, Ni-Al.
Из сравнения полученных данных по перераспределению компонентов сплава с экспериментальными данными и модельными расчетами по РСД других авторов сделан вывод о возможности объяснения
радпационно-стимулированных выделений с точки зрения вакансион-ного механизма диффузии (в отличие от междоузельного в теории Ви-дерзиха-Окамото-Лэма) как физически более реального в сплавах замещения.
Практическая ценность работы.
Созданная модель радиащюішо-стимулированной диффузии в сплавах замещения позволяет прогаозпровать поведение сплавов под облучением. В данной модели могут быть подобраны условия облучения, соответствующие физическим условиям поставленной задачи: модификация поверхности; объемное перераспределение компонентов сплава, включающее в себя как сегрегацию, так и перемешивание элементов; и т.д.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Предложенная математическая модель процесса диффузии с учетом термодиффузии описывает перераспределение элементов сплава при облучении различными типами бомбардирующих частиц (в интервале средних энергий и флюэнса), при гомогенном или гетерогенном начальном распределении компонентов, для различных температур и времени облучения.
-
Большое влияние на перераспределение компонентов сплава под действием РСД имеет градиент температуры, созданный облучением.
-
Радиационно-стимулированные выделения в сплаве Ni-8%Si объясняются вакансионным механизмом диффузии (в отличие от меж-доузельного в теории Видерзича-Окамото-Лэма) как физически более реальным в сплавах замещения.
4. Полученные различия в описании РСД данной модели и модели Видерзиха-Окамото-Лэма обусловлены учетом термодиффузии в настоящем исследовании.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на конференциях: "Композиты — в народное хозяйство России" (Барнаул, 1995); "Динамика стационарных трибосистем" (Барнаул, 1995); "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" (Обнинск, 1997), Уральская школа металловедов-термистов ''Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материатов" (Ижевск, 1998).
Публикации.
По материалам выполненных в диссертации исследований опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения. 4 глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа изложена на. 115 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, список литературы из 86 наименований.
