Evolution of a Nanocrystalline Structure of the Cobalt Metal in Annealing

Abstract

Показано, що межі зерен, утворених в результаті сильної пластичної деформації кобальту, є висококутовими, нерівноважними, прилеглими до розупорядкованих областей кристалічної решітки. Таке розупорядкування спричинено полями пружних напружень, введеними дислокаціями меж зерен. Густина дислокацій в об'ємі нанокристалів досягає 1010 см2. Велика довжина нерівноважних меж та висока густина дефектів відіграють вирішальну роль у формуванні фізичних і механічних властивостей та визначають низьку термостійкість нанокристалічних матеріалів: ріст зерна починається при відносно низьких температурах під час відновлення структури кобальту. Цей процес плавно розвивається до 300 °С. Різка зміна зазначених властивостей відбувається під час рекристалізації при T > 300 °C, і далі властивості практично не змінюються. При T > 400 °C структура кобальту повністю рекристалізується і спостерігається подальше укрупнення зерен. У цьому випадку аномальний ріст досконалих зерен відбувається завдяки поглинанню дрібних елементів. У результаті перерозподілу та анігіляції дислокацій в межах та в об'ємі зерен процеси рекристалізації відбуваються у відповідності з дифузійним механізмом.

It is shown that the boundaries of grains formed during severe plastic deformation of cobalt are highangle, nonequilibrium, adjacent to distorted regions of the crystal lattice. These distortions are caused by the fields of elastic stresses introduced by grain boundary dislocations. The density of dislocations in the bulk of nanocrystals reaches 1010 cm2. The large length of nonequilibrium boundaries and the high density of defects play a decisive role in the formation of physical and mechanical properties and determine the low thermal stability of nanocrystalline materials: grain growth begins at relatively low temperatures during the recovery of the cobalt structure. This process develops smoothly up to 300 °С. A sharp change in these properties occurs during recrystallization at T > 300 °C and then they practically do not change. Above T > 400 °C, the cobalt structure became completely recrystallized and further coarsening of grains is observed. In this case, the abnormal growth of perfect grains occurs due to the absorption of small imperfect cells. As a result of the redistribution and annihilation of dislocations in the boundaries and in the volume of grains, the processes of recrystallization occur according to the diffusion mechanism.