Grain Boundary Diffusion of 57Co in Ultrafine Grained Niobium Processed by Severe Plastic Deformation

V. V. Popov; Попов В. В.; E. V. Osinnikov; Осинников Е. В.; A. Yu. Istomina; Истомина А. Ю.; E. N. Popova; Попова Е. Н.; R. M. Falahutdinov; Фалахутдинов Р. М.

doi:10.31857/S0015323023600582

Grain Boundary Diffusion of 57Co in Ultrafine Grained Niobium Processed by Severe Plastic Deformation

Authors: Popov V.V.¹, Osinnikov E.V.¹, Istomina A.Y.¹, Popova E.N.¹, Falahutdinov R.M.¹
Affiliations:
1. Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 124, No 6 (2023)
Pages: 477-482
Section: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139439
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023600582
EDN: https://elibrary.ru/MKONLY
ID: 139439

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Grain-boundary diffusion of Co in ultrafine-grained Nb processed by severe plastic deformation by high-pressure torsion has been studied by layer-by-layer radiometric analysis. Coefficients of grain-boundary diffusion for several temperatures have been determined. It is shown that diffusion along grain boundaries proceeds much faster than in coarse-grained niobium with relaxed boundaries, which is explained by the formation of "non-equilibrium" grain boundaries under the severe plastic deformation, which are the paths of ultrafast diffusion. Recovery processes occur in non-equilibrium grain boundaries under heating, due to which their properties approach to those of conventional high-angle boundaries in the coarse-grained material.

Keywords

niobium, cobalt, grain boundaries, grain boundary diffusion, ultrafine-grained materials, severe plastic deformation

References

Edalati K., Bachmaier A., Beloshenko V.A., Beygelzimer Y., Blank V.D., Botta W.J., Bryła K., Čížek J., Divinski S., Enikeev N.A., Estrin Y., Faraji G., Figueiredo R.B., Fuji M., Furuta T., Grosdidier T., Gubicza J., Hohenwarter A., Horita Z., Huot J., Ikoma Y., Janeček M., Kawasaki M., Král P., Kuramoto S., Langdon T.G., Leiva D.R., Levitas V.I., Mazilkin A., Mito M., Miyamoto H., Nishizaki T., Pippan R., Popov V.V., Popova E.N., Purcek G., Renk O., Révész Á., Sauvage X., Sklenicka V., Skrotzki W., Straumal B.B., Suwas S., Toth L.S., Tsuji N., Valiev R.Z., Wilde G., Zehetbauer M.J., Zhu X. Nanomaterials by severe plastic deformation: review of historical developments and recent advances // Mater. Research Letters. 2022. V. 10. № 4. P. 163–256.
Kawasaki M., Langdon T.G. Principles of superplasticity in ultrafine-grained materials // J. Mater Sci. 2007. V. 42. P. 1782–1796.
Hohenwarter A., Kammerhofer C., Pippan R. The ductile to brittle transition of ultrafine-grained Armco iron: an experimental study // J. Mater Sci. 2010. V. 45. P. 4805–4812.
Edalati K., Horita Z., Valiev R.Z. Transition from poor ductility to room-temperature superplasticity in a nanostructured aluminum alloy // Sci. Rep. 2018. № 8. P. 6740.
Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications // Prog. Mater. Sci. 2008. V. 53. P. 893–979.
Пилюгин В.П., Гапонцева Т.М., Чашухина Т.И., Воронова Л.М., Щинова Л.И., Дегтярев М.В. Эволюция структуры и твердости никеля при холодной и низкотемпературной деформации под давлением // ФММ. 2008. Т. 105. № 4. С. 438–448.
Орлова Д.К., Чащухина Т.И., Воронова Л.М., Дегтярев М.В. Влияние температурно-скоростных условий деформации в наковальнях Бриджмена на формирование структуры в меди технической чистоты // ФММ. 2015. Т. 116. №. 9. С.1001–1009.
Рогачев C.O., Рожнов А.Б., Никулин С.А., Рыбальченко О.В., Горшенков М.В., Чжен В.Т., Добаткин С.В. Влияние режимов кручения под высоким давлением на структуру и упрочнение сплава Zr–1% Nb // ФММ. 2016. Т. 117. № 4. С. 385–391.
Попова Е.Н., Дерягина И.Л. Оптимизация микроструктуры слоев Nb3Sn в сверхпроводящих композитах // ФММ. 2018. Т. 119. № 12. С. 1290–1296.
Дерягина И.Л., Попова Е.Н., Валова-Захаревская Е.Г., Патраков Е.И. Структура и термическая стабильность высокопрочного композита Cu–18Nb в зависимости от степени деформации // ФММ. 2018. Т. 119, № 1. С. 99–108.
Popov V.V., Popova E.N. Behavior of Nb and CuNb Composites under Severe Plastic Deformation and Annealing // Mater. Trans. 2019. V. 60. № 7. P. 1209–1220.
Попова Е.Н., Дерягина И.Л. Эволюция структуры композита Cu–Nb при кручении под высоким давлением и последующем отжиге // ФММ. 2020. Т. 121. № 12. С. 1285–1291.
Popov V.V., Popova E.N., Stolbovskiy A.V. Nanostructuring Nb by various techniques of severe plastic deformation // Mater. Sci. Eng. A 539. 2012. P. 22–29.
Гапонцева Т.М., Дегтярев М.В., Пилюгин П.В., Чащухина Т.И., Воронова Л.М., Пацелов А.М. Влияние температуры деформации в наковальнях Бриджмена и исходной ориентировки на эволюцию структуры монокристаллического ниобия // ФММ. 2016. Т. 117. № 4. С. 349–361.
Degtyarev M., Chashchukhina T., Voronova L., Gapontseva T., Levit V. Evolution of microstructure and microtexture upon recrystallization of submicrocrystalline niobium // Intern. J. Refractory Metals & Hard Materials 2020. V. 86. P. 105117.
Valiev R.Z., Gertsman V.Yu., Kaibyshev O.A. Grain boundary structure and properties under external influences // Phys. Stat. Sol. (a). 1986. V. 97. P. 11–56.
Wilde G., Divinski S. Grain boundaries and diffusion phenomena in severely deformed materials // Mater. Trans. 2019. V. 60. № 7. P. 1302–1315.
Nazarov A., Romanov A., Valiev R.Z. On the structure, stress fields and energy of nonequilibrium grain boundaries // Acta Metall. Mater. 1993. V. 41. P. 1033–1040.
Nazarov A.A. Ensembles of gliding grain boundary dislocations in ultrafine grained materials produced by severe plastic deformation // Scripta Mater. 1997. V. 37. № 8. P. 1155–1161.
Popov V. Mossbauer Spectroscopy Studies of Grain Boundaries in Nanostructured Metals // Defect and Diffusion Forum. 2008. V. 273–276. P. 506–513.
Popov V.V. Mössbauer Spectroscopy of Interfaces in Metals // Phys. Met. Metal. 2012. V. 113. № 13. P. 1257–1289.
Popov V.V. Application of Nuclear Gamma-Resonance Spectroscopy for Determination of Grain-Boundary Diffusion Characteristics and the State of Grain Boundaries // Defect and Diffusion Forum. 2019. V. 391. P. 201–214.
Divinski S.V. Grain boundary diffusion in severely deformed metals: state of the art and unresolved issues. Diffusion Foundations 2015. V. 5. P. 57–76.
Попов В.В., Осинников Е.В. Механизм зернограничной диффузии и зернограничная сегрегация 57Co в поликристаллическом ниобии // ФММ. 2021. Т. 122. № 9. С. 957–962.
Попов В.В., Осинников Е.В., Фалахутдинов Р.М. Эмиссионная мессбауэровская спектроскопия границ зерен ультрамелкозернистого ниобия, полученного интенсивной пластической деформацией // ФММ. 2022. Т. 123. № 8. С. 881–887.
Попов В.В., Истомина А. Ю., Осинников Е.В., Фалахутдинов Р.М. Зернограничная диффузия 57Со в ниобии // ФММ. 2023. Т. 124. № 3. С. 298–302.
Грузин П.Л. Применение искусственно радиоактивных индикаторов для изучения процессов диффузии и самодиффузии // ДАН СССР. 1952. Т. 86, № 2. С. 289–292.
Mishin Y., Herzig Chr., Bernardini J., Gust W. Grain boundary diffusion: fundamentals to recent developments // Int. Mater. Rev. 1997. V. 42. № 4. P. 155–178.
Kaur I., Mishin Y., Gust W. Fundamentals of grain and interface boundary diffusion. Wiley & Sons LTD, Chichester, 1995.
Divinski S.V., Bokstein B.S. Recent Advances and Unsolved Problems of Grain Boundary Diffusion // Defect and Diffusion Forum 2011. V. 309–310. P. 1–8.
Koppers M., Mishin Yu., Herzig Chr. Fast diffusion of cobalt along stationary and moving grain boundaries in niobium // Acta Metall. Mater. 1994. V. 42. № 8. P. 2859–2868.
Popov V.V., Osinnikov E.V., Murzinova S.A., Stolbovsky A.V., Falahutdinov R.M. Grain Boundary Diffusion of 57Co in Nickel // J. Phase Equilib. Diffus. 2020. V. 41. № 2. P. 132–137.
Осинников Е.В., Мурзинова С.А., Истомина А.Ю., Попов В.В., Столбовский А. В., Фалахутдинов Р.М. Зернограничная диффузия 57Co в ультрамелкозернистом никеле, полученном интенсивной пластической деформацией // ФММ. 2021. Т. 122. № 10. С. 1049–1053.