ON THE THEORY OF HOMOGENEOUS NUCLEATION OF INCOHERENT INCLUSIONS IN SOLID SOLUTIONS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on a critical analysis of the traditional theory of homogeneous nucleation of incoherent precipitates of a new phase in solid solutions, it is shown that the elastic energy associated with a difference in the atomic volumes of two phases does not contribute to the nucleation barrier due to the absorption of thermal point defects at the particle-matrix interface (in contrast to the traditional approach). Correspondingly, a new kinetic model is developed for the rate of nucleation of incoherent precipitates in a supersaturated solid solution of alloying atoms, which has also been generalized to take into account excess vacancies formed under non-equilibrium conditions of quenching tests.

About the authors

M. S. Veshchunov

Nuclear Safety Institute (IBRAE), Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: msvesh@gmail.com
Russian Federation, 115191, Moscow

References

  1. R.W. Balluffi, S.M. Allen, and W.C. Carter, Kinetics of Materials, John Wiley and Sons (2005).
  2. R.E. Smallman and A.H.W. Ngan, Physical Metallurgy and Advanced Materials, 7th ed. Elsevier (2007).
  3. J.W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys, Pergamon, Oxford (1975). 224
  4. D. Turnbull, H.S. Rosenbaum, and H.N. Treaftis, Kinetics of Clustering in Some Aluminium Alloys, Acta Metallurgica 8, 277 (1960).
  5. H.S Rosenbaum and D. Turnbull, On the Precipitation of Silicon out of a Supersaturated Aluminum-Silicon Solid Solution, Acta Metallurgica 6, 653 (1958).
  6. H.S. Rosenbaum and D Turnbull, Metallographic Investigation of Precipitation of Silicon from Aluminum, Acta Metallurgica 7, 664 (1959).
  7. E. Ozawa and H. Kimura, Excess Vacancies and the Nucleation of Precipitates in Aluminum-Silicon Alloys, Acta Metallurgica 18, 995 (1970).
  8. E. Hornbogen and E. A. Starke Jr., Theory Assisted Design of High Strength Low Alloy Aluminum, Acta Metallurgica et Materialia 41, 1 (1993).
  9. F.R.N. Nabarro, The Influence of Elastic Strain on the Shape of Particles Segregating in an Alloy, Proc. Phys. Soc. 52, 90 (1940).
  10. H. Mehrer, Diffusion in Solids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes, Springer Series in Solid State Science, Vol. 155, Springer (2007).
  11. K.C. Russel, The Role of Excess Vacancies in Precipitation, Scripta Metallurgica 3, 313 (1969).
  12. M. Volmer and A. Weber, Keimbildung in ¨ Ubers¨attigten Gebilden, Z. Phys. Chem. 119, 277 (1926).
  13. R. Becker and W. Doering, Kinetische Behandlung der Keimbildung in ¨ Ubers¨attigten D¨ampfen, Ann. Phys. 24, 719 (1935).
  14. Ja.B. Zeldovich,On the Theory of New Phase Formation: Cavitation, Acta Physicochim. URSS 18, 1 (1943).
  15. H. Reiss, The kinetics of Phase Transitions in Binary Systems, J. Chem. Phys. 18, 840 (1950).
  16. A. Katok and B. Hasselblatt, Introduction to the Modern Theory of Dynamical Systems, Cambridge University Press, Cambridge (1995).
  17. J.S. Langer, Statistical Theory of the Decay of Metastable States, Annals of Physics 54, 258 (1969).
  18. D. Stauffer, Kinetic Theory of Two-Component, Nucleation and Condensation, J. Aerosol Sci. 7, 319 (1976).
  19. L.M. Berezhkovskii and V.Yu. Zitserman, Direction of the Nucleation Current through the Saddle Point in the Binary Nucleation Theory and the Saddle Point Avoidance, J. Chem. Phys. 102, 3331 (1995).
  20. Я.И. Френкель, Кинетическая теория жидкостей, Изд. АН СССР (1945).
  21. J. Lothe an G.M. Pound, Reconsiderations of Nucleation Theory, J. Chem. Phys. 36, 2080 (1962).
  22. D. Kashchiev, Nucleation: Basic Theory with Applications, Butterworth Heinemann, Oxford, Boston (2000).
  23. H. Reiss and J.L. Katz,Resolution of the Translation – Rotation Paradox in the Theory of Irreversible Condensation, J. Chem. Phys. 46, 2496 (1967).
  24. H. Reiss, J.L. Katz, and E.R. Cohen, Translation–Rotation Paradox in the Theory of Nucleation, J. Chem. Phys. 48, 5553 (1968).
  25. J.L. Katz and H. Wiedersich,Nucleation of Voids in Materials Supersaturated with Vacancies and Interstitials, J. Chem. Phys. 55, 1414 (1971).
  26. J.L. Katz, Homogeneous Nucleation Theory and Experiment: A Survey, Pure and Appl. Chem., 64, 1661 (1992).
  27. M.S. Veshchunov, On the Theory of Void Nucleation in Irradiated Crystals, J. Nucl. Mater. 571, 154021 (2022).
  28. L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Theoretical Physics, Vol. 5: Statistical Physics, Pergamon Press (1980).
  29. S.-I. Fujikawa, K.-I. Hirano, and Y. Fukushima, Diffusion of Silicon in Aluminium, Metallurgical Transactions A 9, 1811 (1978).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».