第28卷第5期 2010年9月
物理测试
Physics Examinat ion and T esting
Vo l.28,N o.5兔子手绘
Sep.2010
冲刷腐蚀纯铜中空位透射电镜研究
周 浩, 杜 磊, 张金民
怎么样生发
毛荔枝(洛阳船舶材料研究所，河南洛阳,471039)
摘 要：对冲刷腐蚀纯铜试样进行氩离子减薄，利用透射电镜进行组织观察。结果表明，纯铜内存在大量的位错及空位盘。基体与Cu 2O 共格，在透射电镜下观察到大量的莫尔条纹。关键词：冲刷腐蚀；纯铜；空位；莫尔条纹；透射电镜
中图分类号:T G 146 2+1 文献标志码:A 文章编号:1001 0777(2010)05 0022 03
Transmission Electron Microscopy Study
on Vacancy in Erosion of Pure Copper
ZH OU H ao, DU Lei, ZH AN G Jin min
(L uoyang Ship M ater ial Rear ch Institute,Luoy ang 471039,H enan,China)
Abstract:M icr ostructure of ero sion o f pure copper sample w as obrv ed by T EM after A r +ion et ching.T he results show that there w ere many dislocations and vacancy plates in the sample.Cu 2O is co herent w ith the matr ix,and many moir e st ripes wer e found under SEM.
Key words:er osio n;copper ;vacancy;moir e st ripes;T EM
作者简介：周 浩(1978 )，男，大学本科，工程师; E mail :zh ou hao725@; 收稿日期:2010 03 26
空位是一种点缺陷，而点缺陷则是一种重要的晶格缺陷，它对金属的许多物理性质有很大影响，较多文献对空位进行了研究。文献[1]报道了急冷Cu Cr 0.05Zr 合金中存在高浓度空位，空位浓度随固溶铬含量的增加而提高，并聚集成空位盘，是合金急冷强化的重要因素。文献[2]用分子动力学方法对纯
铜中的单、双空位进行计算机模拟研究，计算出了单空位的形成能和迁移激活能。文献[3]用散射矩阵法研究了含空位晶体的衍射强度，把空位考虑成刚体球，并且引入 真空体!去反映空位对晶体的衍射影响，计算了晶体的衍射强度随空位位置的变化。文献[4 5]用基于局域密度泛函理论的第一性原理赝势法，对铜薄膜中的空位形成能进行计算机模拟研究。表明铜表面更易形成空位。在薄膜变形以及块体材料的高速变形过程中，空位的形成和运动起到了极重要的影响[6]。空位会使陶瓷热膨胀系数提高[7]广西有什么好吃的
。有人对纳米金属Co 冷扎变形进行了研究，变形后的晶格常数膨胀，主要是由于空位所致[8]。冲刷腐蚀(Er osion Co rrosio n)是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀协同作用的结果。国内外对冲刷腐蚀铜表面的TEM 组织研究较少，因
此，有必要研究冲刷腐蚀铜表面T EM 组织。文章对冲刷腐蚀纯铜表面空位进行了研究。
1 试验方法
材料为冲刷腐蚀T PU 2纯铜，把冲刷腐蚀纯铜从表面马蹄坑磨至坑底表面，再从另一面磨至40 m，然后经氩离子减薄，制得TEM 试样。观察用CM 200透射电镜。
2 试验结果及分析
冲刷腐蚀后，在铜合金一定表层范围内发生一定的应变，但应变量将随深度的增加而减少。在铜基体内部存在大量位错胞[图1(a)]。往表面方向有大量六角形位错网络[图1(b)]。六角形位错网络主要是由于面心立方结构位错的相互作用形成的。高倍下观察，靠近表面的铜存在大量的黑点缺陷，有的黑点缺陷较大，可以看出这种较大点状缺陷是位错环，比较小的点状缺陷是空位盘。空位盘大小约1~5nm，位错环大小约5~40nm[图1(c)]。在透射电镜观察过程中，电子束照射下，大部分点状缺陷保持稳定，有小部分不稳定，甚至消失。可见，大部分位错环是空位型位错环，少部分为间隙型位
第5期周 浩等：冲刷腐蚀纯铜中空位透射电镜研
究(a)位错胞; (b)六角形位错网络; (c)空位盘、位错环及莫尔条纹; (d)莫尔条纹及选区电子衍射花样B=[110];
自然灾害应急预案(e)卷线位错; (f)层错四面体。
图1 透射电镜照片Fig.1 TEM photos
错环[9]。在某些条件下，如在淬火、范性形变或辐照之后，会存在大量过饱和的点缺陷，这样的条件容易导致更大的缺陷聚集体。面心立方金属与合金中空位簇缺陷有三种存在形式，即孔洞(voids)、堆垛层错四面体(stacking fault tetrahedra)、以及空位型位错圈(vacancy type dislocation loops)
[10]
。本试验
铜表面长时间受到海水的冲刷力作用，试样内会存
在大量的点缺陷，本试验中点缺陷主要是空位。在面心立方金属中，密排面具有最低的表面能，因此过饱和空位的凝集应该优先沿着{111}面凝结成空位盘，当空位盘足够大时，相邻的原子面向内侧塌陷，结果整个空位盘的边界被位错环围起来，形成弗兰克不全位错圈。由于铜具有低层错能，因此，不全位错会生成层错四面体。这种类型的缺陷是4个
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物理测试第28卷
{111}面上的空位型层错沿[110]晶向相交而成，最终完成一个完整的四面体结构[10]。其6个楞分别相当于伯氏矢量为(1/6)[110]的位错。图1(f)为层错四面体，其晶带轴偏离[100]。这样的四面体在(100)面的投影是正方形，在(110)面的投影是三角形。铜中高密度位错、高浓度空位可以使铜得到强化。
从图1(d)的选区电子衍射花样中可以看出，除了一套基体铜的衍射斑点外，还有一套与之共格的衍射斑点，这是Cu2O形成的。Cu2O与基体铜重叠，晶向一致，由于二次衍射，物镜光阑套住透射斑点及透射斑点周围的二次衍射斑点，形成了莫尔条纹(M oire patterns)，这种莫尔条纹是平行水纹图[图1(c)、(d)]。铜的晶格常数为a=0 3615nm，根据图1(d)，计算新的晶面间距d(111)=0 246nm，晶格常数为a=0 4260nm，与Cu2O一致。由平行水纹图，水纹间距D与原来薄膜面间距d1 (0 246nm)、d2(0 208nm)有如下关系:D=d1d2/ (d1-d2)，得D=1 34nm，与图1(c)、(d)吻合。图1(c)也可以看出{111}斑点产生的二次衍射斑点形成的莫尔条纹总的方向垂直{111}，但大部分已经发生弯曲，产生大量位错。由于波纹图是原点阵周期的放大像，可见，铜基体受到严重的变形，内部产生大量缺陷。
图1(e)可见蜷线位错，蜷线位错应为高浓度空位向位错线偏聚导致位错攀移蜷曲而成。蜷线实际上可用割阶来分析，它应该绕一截面为多边形的棱柱体盘绕。由此可知，蜷线位错与柏氏矢量构成的棱柱
体各侧面不可能都在滑移面上[1]。大多蜷线部分相当于剖阶，为不可动位错。因此，蜷线位错的产生使材料得到强化。
3 结论
1)冲刷腐蚀纯铜内存在大量空位，由空位形成位错环、蜷线位错及层错四面体。
2)透射电镜下观察到莫尔条纹，是由基体与Cu2O重叠形成的。
参考文献:
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(上接第21页)
表6 钢水中氮含量在各工位的统计分布(N=26)
Table6 Statistical distribution of nitrogen content
in steel for each site(N=26)/∀10-6工位1工位2工位3工位4工位5
平均值19.849.853.639.650.9
最小值1245473138
最大值3956635264
5 结论
造成的英文1)引入断裂韧性描述氮对钢轨力学性能的影响。研究表明：氮含量在(50~100)∀10-6之间，随着钢中氮含量的增加,U71M n高速钢轨的断裂韧性呈明显下降趋势。
2)通过将增碳剂由沥青焦改为无烟煤，钢水中的氮含量明显下降，基本上解决了因氮含量超标而导致的U71M n高速轨钢改为普遍钢轨现象。
3)钢中氧、硫含量对钢中的氮含量有明显的影响，钢中氧含量、硫含量低，可以明显降低钢中氮含量。因此，如果要冶炼低氮钢，在可能的条件下应尽量降低钢中硫含量。
参考文献:
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