На основе уравнения Кана-Хилларда проведено моделирование распада для трехмерного фрагмента твердого раствора, удовлетворяющего приближению регулярного раствора, с учетом гауссовых флуктуаций начального состояния сплава. Моделирование проводилось для нескольких температур, при этом выявлено наличие четырех стадий (зарождение, рост, коагуляция и коалесценция). Установлено влияние температуры на распределение фаз в процессе распада бинарных сплавов, а также выявлены особенности смены рассмотренных стадий.Работа выполнена в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России и проекта РФФИ № 16-01-00542. DOI: 10.21883/FTT.2017.02.44061.246
ВведениеПроблема образования выделений второй фазы в твердых растворах является одной из основных задач физики конденсированного состояния, поскольку изме-нение распределения фаз сплава в значительной степени определяет его свойства: механические, электрические, оптические и др.При описании образования частиц второй фазы в области стабильных и метастабильных состояний могут быть использованы подходы классической и некласси-ческой теории нуклеации [1,2]. В рамках классической теории нуклеации фазовый переход первого рода в би-нарных сплавах рассматривается как блуждание частиц второй фазы в пространстве размеров, управляемое про-цессами диффузии атомов сплава в матрице. Частицы второй фазы (кластеры) при этом описываются в рамках капиллярного приближения [1,2], которое не учитыва-ет целый ряд особенностей формирования выделений на ранней стадии: протяженность межфазной границы, переменность состава кластеров, переменность коэффи-циента поверхностного натяжения и др. Кроме того, требуется использование дополнительных приближений для описания процесса флуктуационного зарождения второй фазы [1,2]. В ряде практически значимых случаев необходимо учитывать также и взаимодействие между самими кластерами. Данный процесс может быть доста-точно значимым как на ранней стадии, когда концен-трация зародышей новой фазы может быть достаточно высокой, так и на более поздней стадии, когда процесс коагуляции может оказывать существенное влияние на процесс распада твердых растворов [3,4].Все данные особенности формирования фаз могут быть учтены естественным образом на основе метода функционала плотности свободной энергии [5]. Одним из основных уравнений для моделей такого типа яв-ляется уравнение Кана-Хилларда [5][6][7], которое, как правило, применяется (с учетом различных модифи-каций) для описания процесса формирования фаз в области спинодального распада (см., например, [8][9][10]). Использование данного уравнения для описания про-цесса нуклеации также является весьма эффективным (см., например, [11,12]), поскольку позволяет рассмат-ривать кластеры, имеющие переменный состав и ха-рактеризующиеся протяженной областью сопряжения фаз и переменным поверхностным натяжением. При этом линейный размер кластеров зачастую оказывается сравнимым с размером области сопряжения фаз и может составлять несколько нанометров [11][12][13][14][15]. С помощью метода функционала плотности свободной энерги...
