Влияние фазовых превращений в обьеме образца Ag - 2,1 ат. % Bi на поверхностную сегрегацию висмута

Литература

1. Быстрое П.Н. и др. Жидкометаллические теплоносители тепловых труб и энергетических установок. М., 1988.

2. Грязное Т.М. и др. Материаловедение жидкометаллических систем термоядерных реакторов. М., 1999.

3. Дриц М.Е., Зусман Л.Л. Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов: Справочник. М., 1986.

4. Кульварская Б.С., Соболева Н.А., Татаринова Н.В. // Изв. АН СССР. Сер. физическая. 1988. Т. 58. № 8. С. 1509-1512.

5. Фоменко В. С. Эмиссионные свойства материалов: Справочник. Киев, 1981.

6. Алчагиров Б.Б., Лазарев В.Б., ХоконовХ.Б. Работа выхода электрона щелочных металлов и сплавов с их участием. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. М., 1989.

7. Malov Ju.I, Shebzukhov M.D., Lazarev V.B. // Surface Science. 1974. Vol. 44. № 1. P. 21-28.

8. AlchagirovA.B. etal. // Trans. of JWRI. 2001. Vol. 30. P. 317-322.

9. FowlerR.H. // Phys. Rev. 1931. Vol. 38. Ser. 2. P. 45-56.

10. Алчагиров Б.Б., Калажоков Х.Х., Хоконов Х.Б. // Изв. АН СССР. Сер. физическая. 1991. Т. 55. № 12. С. 2463-2567.

11. Алчагиров А.Б. // Приборы и техника эксперимента. 1997. № 2. С. 137-140.

12. Шпильрайн Э.Э., Каган Д.Н., Кречетова Г.А. // Теплофизика высоких температур. 1979. Т. 17. № 1. С. 185-195.

13. Tepper F., King J., Greer J. // Alkali metals. London: Chem. Soc. Spec. publ. 1967. № 22. Р. 23-31.

14. Алчагиров Б.Б., Архестов Р.Х., Хоконов Х.Б. // Журн. физич. химии. 1993. Т. 67. № 9. С. 1892-1895.

Кабардино-Балкарский государственный университет 14 апреля 2006 г.

УДК 5823.6:537.311.33:537.553.8

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ОБЬЕМЕ ОБРАЗЦА Ag - 2,1 ат. % Bi НА ПОВЕРХНОСТНУЮ СЕГРЕГАЦИЮ ВИСМУТА

© 2006 г. А.В. Этуев

The surface composition of polycrystals Ag - 2,1 at. % Bi and Ag - 0,5 at. % Bi alloys has been measured as a function of temperature using Auger electron spectroscopy. In a more concentrated solid solution of Ag - 2,1 at. % Bi the change of Bi surface concentration determined either by the increase or decrease of the temperature with linear velocity 1K per minute is of a more complicated character than for the sample Ag - 0,5 at. % Bi.

В настоящее время наиболее подробно исследованы закономерности поверхностной сегрегации в металлических и полупроводниковых материалах, находящихся в исследуемом интервале температур в однофазном состоянии [1]. Особенности, связанные с влиянием на поверхностную

сегрегацию фазовых переходов, в объеме и на поверхности образца, остаются пока малоизученными [2, 3].

В настоящей работе методом электронной оже-спектроскопии исследовалось влияние фазовых превращений на поверхностную сегрегацию висмута в сплавах системы Ag - Ы.

Методика исследования и аппаратура

Для исследования влияния фазового превращения на поверхностную сегрегацию были приготовлены два образца Ag - 2,1 ат. % Ы и Ag -0,5 ат. % Ы. Исходными материалами служили серебро марки Ср 999,9 и висмут марки Ви 00. Твердые растворы готовили непосредственным сплавлением компонент (взвешенных с точностью до 0,0002 г) в запаянных кварцевых ампулах, эвакуированных до 1,332 • 10-4 Па. Нагрев производился до температуры 1373 К, при которой давалась выдержка 4-5 ч с одновременным вибрационным перемешиванием жидкого раствора. После синтеза твердые растворы был подвергнуты гомогенизирующему отжигу в диффузионной печи при температуре 873 К в течение 200 ч.

В дальнейшем образцы загружались в исследовательскую камеру оже-электронного спектрометра. Исследования проводились на сверхвысоко-вакуумной установке с анализатором «полусферический дефлектор». Для возбуждения оже-электронов использовался электронный пучок диаметром 50 мкм, интенсивностью 200 нА и энергии 2500 эВ. Угол падения первичного электронного пучка на образец составлял 45о. Установка обеспечивала рабочее давление остаточного газа не более 1 • 10-8 Па. Для исследования состава поверхности методом ЭОС использовались низкоэнергетические оже-переходы Ag - 356 эВ, Ы - 101 эВ, записанные в режиме регистрации первой производной энергетического распределения вторичной электронной эмиссии ёЫШЕ. Для получения атомарно-чистой поверх-

ности применили травление ионами аргона в вакууме p = 1  10-6 Па. Энергия и плотность ионного пучка составляли соответственно 500 эВ и 7 цА/см2 Оже-спектр атомарно-чистой поверхности серебра показан на рис. 1. Для реализации линейно-программируемого нагрева и охлаждения образца был использован блок питания TEC 18 в управляющую схему которого был добавлен цифро-аналоговый преобразователь на микросхеме К572ПА1, программируемый при помощи LPT порта персонального компьютера. Данная схема позволяет производить нагрев и охлаждение образца со скоростью 1 К/мин. Для задания параметров линейного нагрева образца была разработана программа, написанная на ассемблере.

Результаты экспериментов и их обсуждение

Известно, что в бинарной системе Ag - Bi образуется твердый раствор на основе серебра с ретроградным солидусом [4]. Фазовая диаграмма состояния этой системы представлена на рис. 2 [5]. Анализ температурной зависимости /Bi//Ag (Т) для образца Ag - 2,1 ат. % Bi (рис. 3) свидетельствует о немонотонном изменении состава поверхности с повышением или понижением температуры с линейной скоростью 1 К/мин. При охлаждении твердого раствора в такой системе может иметь место распад твердого раствора по ретроградной схеме с выделением жидкой фазы. В температурной области от 873 до 773 К исследуемый твердый раствор Ag - 2,1 ат. % Bi находится в однофазном состоянии, и равновесная поверхностная концентрация висмута изменяется в соответствии с поведением кривой солидуса ((dXB/dT) < 0) на равновесной фазовой диаграмме состояния образца. В силу ретроградного характера растворимости в указанном интервале с понижением температуры уменьшается растворимость висмута в однофазном твердом растворе на основе серебра, следовательно, энергетически выгодно выталкивание атомов висмута из объемной решетки на внешнюю поверхность или внутренние границы раздела. Дальнейшее понижение температуры (ниже 773 К) при пересечении линии солидуса приводит к распаду гомогенной фазы. Для рассматриваемой системы Ag - Bi, как видно на фазовой диаграмме, этот распад должен происходить по ретроградной схеме с выделением жидкой фазы, в которой концентрация висмута очень высока (до 95 ат. %). С этим фактом связано появление максимума на кривой охлаждения при 693 К и на кривой нагрева при 773 К. Дальнейший спад и сравнительно горизонтальный участок на кривой отношения интенсивности оже-пиков компонентов могут быть обусловлены проникновением жидкости в подложку (в первую очередь по дефектам структуры).

Температурная зависимость отношения интенсивностей оже-пиков висмута и серебра для образца Ag - 0,5 ат. % Bi при нагреве и охлаждении с линейной скоростью 1 К/мин приведена на рис. 3. Из графика видно, что на кривой нагрева имеется максимум концентрации висмута на поверхности при 593 К. С повышением температуры растет диффузионная подвиж-

ность атомов висмута и увеличивается его концентрация на поверхности. Далее при достижении температуры 593 К концентрация висмута начинает уменьшаться. Это связано с тем, что при высоких температурах происходит испарение атомов висмута с поверхности образца, приводящее к снижению его концентрации на поверхности. Из графика видно, что характерные точки при 693 и 773 К отсутствует на данной температурной зависимости. Это можно объяснить тем, что во всем температурном интервале от комнатной до 900 К образец находится в однофазном состоянии.

т, к

1173

1073 973 К73 773 673 373 473

Ag Iii

Рис. 2. Фазовая диаграмма состояния системы Ag — Bi

Рис. 3. Зависимость отношения интенсивностей оже-пиков висмута и серебра от температуры для двух образцов Ag — 0,5 ат. % Ы (кривая 1 и 3) и Ag — 2,1 ат. % Ы (кривая 2 и 4). Кривые 1 и 2 относятся к случаю нагрева, а 3 и 4 — охлаждения образца со

скоростью 1 К/мин

Из сравнения графиков температурной зависимости отношения интен-сивностей оже-пиков висмута и серебра для двух образцов Ag - 0,5 ат. % Ы и Ag - 2,1 ат. % Ы видно, что на кривой нагрева и охлаждения в температурном интервале от 593 до 773 К концентрация висмута на поверхности сплава Ag - 2,1 ат. % Ы проходит через максимум, а на поверхности твердого раствора Ag - 0,5 ат. % Ы изменение концентрации висмута имеет монотонный характер. Столь различное поведение двух графиков /вД\в (Т) в одном температурном интервале можно объяснить выделением жидкой фазы в сплаве Ag - 2,1 ат. % В1, что ведет к увеличению концентрации висмута на поверхности сплава.

Литература

1. Шебзухов А.А. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 8. С. 13-22.

2. Вяткин Г.П., Привалова Т.П., Пастухов Д.В., Алексеева Т.О. // Физико-химические основы металлургических процессов. Челябинск, 1992. С. 53-60.

3. Привалова Т.П., Вяткин Г.П. // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов: Тез. докл. VIII Всерос. конф. Челябинск, 1992. С. 12.

4. Глазов В.М., Акопян Р.А., Тимошина Г.Г. // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1981. № 2. С. 94.

5. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. М., 1962. Т. 1. С. 55. Кабардино-Балкарский государственный университет 5 апреля 2006 г.