Elemental distribution, solute solubility and defect free volume in nanocrystalline restricted-equilibrium Cu–Ag alloys
Elemental distribution, solute solubility and defect free volume in nanocrystalline restricted-equilibrium Cu–Ag alloys
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纳米晶限制平衡 CuâAg 合金中的元素分布、溶质溶解度和无缺陷体积
DOI：
10.1088/0953-8984/25/11/115401
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
B. Kieback
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Riedl;A. Kirchner;K. Eymann;A. Shariq;R. Schlesiger;G. Schmitz;M. Ruhnow;B. Kieback
本文以二元Cu-Ag体系为例，研究了非混相组分在纳米晶合金中接近限制平衡的元素分布和溶解度。从热力学角度出发，利用原子探针层析成像技术在低银含量的退火机械合金化状态下观察到晶界偏析的单相合金。根据McLean方程，根据检测到的Ag溶质晶界富集，估计其偏析自由焓在- 25 ~ - 49 kJ mol - 1之间，与粗晶Cu-Ag的报告值一致。在负压状态通用方程的基础上，建立了考虑晶界多余自由体积和晶内应变的双域热力学模型来描述合金化范围的扩展。提出了一种基于密度测量和封闭孔区微观定量相结合的晶界体积应变实验方法。此外，我们应用x射线衍射线展宽分析来确定局部应变振幅，对于~ 30 nm的晶粒尺寸，其产生的均方根微应变为~ 0.3%。结果表明，晶界自由体积是503 K时Cu-Ag纳米晶溶解度增强的主要原因。
In this article we study the elemental distribution and solute solubility in nanocrystalline alloys of immiscible components near restricted equilibrium for the case of the binary Cu–Ag system. As predicted from thermodynamic considerations, a grain boundary segregated monophase alloy is observed in the annealed mechanically alloyed state for low Ag content by using atom probe tomography. From the detected Ag solute grain boundary enrichment the segregation free enthalpy is estimated to range between− 25 and− 49 kJ mol− 1 following the McLean equation, in agreement with values reported for coarse-grained Cu–Ag. The extension of the alloying range is described by a two-domain thermodynamic model that considers the excess free volume in the grain boundaries and the strain in the grain interior on the basis of the universal equation of state at negative pressure. To access the grain boundary volumetric strain experimentally, a method based on a combination of density measurements and microscopical quantification of closed pore areas is presented. Moreover, we apply x-ray diffraction line broadening analysis to determine the local strain amplitude, which yields a root-mean-square microstrain of∼ 0.3% for a grain size of∼ 30 nm. It is shown that the grain boundary free volume represents the major origin for the global solubility enhancement in nanocrystalline Cu–Ag at 503 K.
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