Основные различия между механизмами спинодального распада и распада твердого раствора путем образования и роста зародышей новой фазы.

При условиях близких к равновесным, т.е. при очень медленном охлаждении, интенсивность диффузии велика, и в каждый момент времени составы фаз достигают равновесных значений. При неравновесных условиях выделения второй фазы происходят путем образования и роста зародышей на наиболее энергетически выгодных местах (границах зерен). При распаде с образованием зародышей, неизбежно растет свободная энергия на начальном этапе, из-за образования новой поверхности. Второй путь распада - спинодальный распад, когда расслоение твердого раствора происходит путем возникновения и развития концентрационных неоднородностей, как правило периодического профиля, без образования зародыша новой фазы, а следовательно без увеличения свободной энергии на начальном этапе.

Распад с образованием зародышей разделяют на 2: непрерывный и прерывистый. При непрерывном с исходном твёрдом растворе образуются и растут отдельные выделения новой фазы, матрица обедняется одним из компонентов и в ней создается градиент концентраций. Кристаллы новой фазы будут расти за счет обычной нисходящей диффузии (показано стрелками на рис), пока не установится равновесная концентрация с1.

Скорость роста контролируется коэффициентом объемной диффузии в матрице.

r

С2 С0 С1

При прерывистом распаде в зернах исходного перенасыщенного раствора α₀ зарождаются и растут ячейки (колонии) двухфазной смеси α₁ и β. Причем у α₁ также решетка как у α₀. Получается пластинчатая структура. Процесс контролируется диффузионным распределением компонентов между пластинами вдоль межфазной границы, т.к. пластины тонкие скорость высокая при низкой температуре.

Спинодальный распад наблюдается когда все 3 фазы (с исходной) характеризуются изоморфным строением (близкие параметры решеток, одинак типы).

Диаграмма с линией расслоение MKN и спинодалью RKV.

Ниже энергии Гиббса при разных Т. При Т₁ и Т₂ еще устойчив однофазный тв раствор. При Т₃ энергия смеси G₂ меньше чем раствора G₁. В точках перегиба S₁ и S₂ вторая производная G равна нулю, а между ними меньше нуля. Именно в этом интервале сплавов малейшее расслоение приводит к уменьшению энергии Гиббса. Расслоение сплава С₀ на Ср и Сq снижает энергию Гиббса до G₃. Таким образом для сплавов лежащих по составу между S1и S2 (спинодальные точки) распад происходит путем постепенного увеличения концентрации расслоения, начиная с близких к С₀ (Ср и Cq) до равновесных.

На практике такой распад выглядит как образование флуктуационных волн концентраций. При спинодальном распаде восходящая диффузия, для понижения свободной энергии до G2.

Дата добавления: 2015-07-16