Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Диффузия олова в твердом растворе системы медь-олово

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-32-38

Полный текст:

Аннотация

Методом микрорентгеноспектрального анализа получены концентрационные кривые и рассчитаны коэффициенты объемной диффузии в твердых растворах системы медь—олово в интервале концентраций Sn менее 13,9 мас.% (7,96 ат.%) и диапазоне температур от 500 до 650 °С. Диффузионные пары изготавливали из чистой меди (99,995 %) и двухкомпонентного сплава, полученного путем прямого сплавления металлической меди с химически чистым оловом в атмосфере смеси аргона с водородом при температуре 1100 °С в кварцевом реакторе в течение 2 ч. Коэффициенты диффузии рассчитывали методом Матано—Больцмана, а также способом, предложенным Грубе, — по верхней части концентрационной кривой в интервале концентраций олова от 6 до 8 ат.% (D1) и по нижней — от 2 ат.% до нуля (D2). Выявлено, что коэффициенты диффузии олова в концентрированном растворе в несколько раз больше, чем в разбавленном растворе. Показано, что значения энергии активации диффузии практически совпадают с результатами изотопных измерений диффузии олова в чистой меди (187 кДж/моль). Предложено качественное толкование эффекта ускрения диффузии олова в концентрированном твердом растворе системы медь—олово.

Об авторах

В. П. Никулкина
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Аспирант кафедры физической химии НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



А. О. Родин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической химии.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



Б. С. Бокштейн
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физической химии.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



Список литературы

1. Костржицкий А.И., Гусарева О.Ф. Закономерности формирования структуры железохромистых покрытий при ионном осаждении. Изв. АН СССР. Металлы.1987. No. 1. С. 169—172.

2. Wang J., Leinbach C., Liu H.S., Roth M., Jin Z.P. Reassessment of diffusion mobilities in the face-centered cubic Cu—Sn alloys. CALPHAD. 2009. No. 33. Р. 704—710.

3. Minho O., Vakanas G., Moelans N., Kajihara M., Zhang W. Formation of compounds and Kirkendall vacancy in the Cu—Sn system. Microelectronic Engineering. 2014. Vol. 120. Р. 133—137.

4. Baheti V.A., Kashuap S., Kumar P., Chattopadhya K., Paul A. J. Solid—state diffusion— controlled growth of the intermediate phases from room temperature to an elevated temperature in the Cu—Sn and the Ni—Sn systems. J. Alloys Compd. 2017. No. 727. P. 832—840.

5. Labie R., Ruythooren W., VanHumbeeck J. Solid state diffusion in Cu—Sn and Ni—Sn diffusion couples with flip-chip scale dimensions. Intermetallics. 2007. No. 15. P. 396—403.

6. Chao B., Chae S-H., Zhang X., Lu K-H., Im J., Ho P.S. Investigation of diffusion and electromigration parameters for Cu—Sn intermetallic compounds in Pb-free solders using simulated annealing. Acta Mater. 2007. No. 55. P. 2805—2814.

7. Горбачев В.А., Клоцман С.М., Рабовский Ю.А., Талинский В.К., Тимофеев А.Н. Диффузия примесей в меди. IV. Диффузия олова и сурьмы в монокристаллах меди. ФММ. 1973. No. 35. С. 889—893.

8. Fogelson R.L., Ugay Y.A., Akimova I.A. Diffusion of tin in copper. Fiz. Met. Metallogr. 1974. No. 37. Р. 1107— 1108.

9. Oikawa H., Hosoi A. Interdiffusion in Cu—Sn solid solutions confirmation of anomalously large Kirkendall effect. Scripta Metallurgica. 1975. No. 9. P. 823—828.

10. Hoshino K., Iijima A.Y., Hirano K.I. Interdiffusion and Kirkendall effect in Cu—Sn alloys. Trans. Jap. Inst. Metals. 1980. No. 21(10). P. 674—682.

11. Santra S., Paul A. Vacancy wind effect on interdiffusion in a dilute Cu(Sn) solid solution. Philosophical Magazine Letters. 2012. No. 92(8). P. 1—11.

12. Onishi M., Fujibuchi M. Reaction-diffusion in the Cu—Sn system. Trans. Jap. Inst. Metals. 1975. No. 16. P. 539—547.

13. Paul A., Ghoshi C., Boetinger W.J. Diffusion parameters and growth mechanism of phases in the Cu—Sn system. Metal. Mater. Trans. 2011. No. 42A. P. 952—963.

14. Kumar S., Handwerker C., Dayamanda M., Phase J. Intrinsic and interdiffusion in Cu—Sn system. Equilibria and Diffusion. 2011. No. 32(4). P. 309—319.

15. Massalski B. Binary alloy phase diagrams. Ohio: Metals Park, Amer. Soc. Met., 1986.

16. Predel B., Schallner U. Thermodynamic investigation of the Cu—Ga, Cu—In, Cu—Ge and Cu—Sn Systems. Mater. Sci. Eng. 1972. No. 10. Р. 249—258.

17. Wallbrecht R.C., Blachnik R., Mills R.C. The heat capacity and enthalpy of some hume—rothery phases formed by copper, silver and gold. Part II. Cu + Ge, Cu + Sn, Ag + Sn, Au + Sn, Au + Pb systems. Thermochimica Acta.1981. No. 46. P. 167—174.

18. Matano C. On the relation between the diffusion coefficient and concentration of solid metals. Jap. J. Phys. 1933. No. 8. P. 109—113.

19. den Broeder E.J.A. A general simplification and improvement of the matano-boltzmann method in the determination of the interdiffusion coefficients in binary systems. Scripta Met. 1969. No. 3(5). P. 321—325.

20. Darken L. Diffusion, mobility and their interrelation through free energy in binary metallic systems. Trans. AIME. 1948. No. 175. P. 184—201.

21. Adda Y., Philibert J. La diffusion dans les solides. Paris: Press Universitaires de France, 1966.

22. Grube G., Jedele A. Die Diffusion der Metalle im esten Zu- stand. Z. Elektrochem. 1932. No. 38. S. 799—807.

23. Crank J. Mathematics of diffusion. Oxford: Clarendon Press, 1956.

24. Bardeen J., Herring C. Atom movements. A.S.M. Cleve¬land. 1951. P. 87—288.

25. Bardeen J., Herring C. Imperfections in nearly perfect crystals. N.Y.: Wiley, 1952.

26. Mendelev M.I., Srolovitz D.J. Thermodynamics and kinetics in materials science. Oxford University Press, 2005.


Для цитирования:


Никулкина В.П., Родин А.О., Бокштейн Б.С. Диффузия олова в твердом растворе системы медь-олово. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(2):32-38. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-32-38

For citation:


Nikulkina V.P., Rodin A.O., Bokshtein B.S. Diffusion of tin in copper-tin system solid solution. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2020;(2):32-38. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-32-38

Просмотров: 25


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)