В материаловедении зона без осадков (PFZ) относится к микроскопическим локализованным областям вокруг границ зерен, свободным от осадков (твердых примесей, вытесняемых наружу из зерна во время кристаллизации). . Это обычное явление, которое возникает в поликристаллических материалах (кристаллических материалах со стохастически ориентированными зернами), где гетерогенное зарождение выделений является доминирующим механизмом зародышеобразования. Это связано с тем, что границы зерен представляют собой высокоэнергетические поверхности, которые действуют как стоки для вакансий, в результате чего области, прилегающие к границе зерен, становятся лишенными вакансий. Поскольку энергетически выгодно, чтобы гетерогенное зарождение происходило преимущественно вокруг богатых дефектами участков, таких как вакансии, зарождение выделений затрудняется в областях без вакансий, непосредственно прилегающих к границам зерен.
История
Пионерские исследования по теории и экспериментальному наблюдению ПФЗ были проведены в 1960-х годах.
Влияние на свойства материала
Зоны PFZ вредны для механических свойств материалов. В частности, зоны PFZ ухудшают твердость материала, поскольку отсутствие выделений в зонах PFZ приводит к тому, что в этих областях меньше мест закрепления. Движение дислокаций — условие, необходимое для того, чтобы материал поддавался текучести — потребует значительно меньшего приложенного напряжения сдвига в зонах PFZ, и, следовательно, эти локально слабые зоны приведут к пластической деформации. Также было обнаружено, что ширина PFZ отрицательно коррелирует с межзеренным разрушением
ПФЗ также ускоряют точечную коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением, что значительно сокращает срок службы этих материалов в химически агрессивных средах.
Методы минимизации
Было показано, что PFZ можно минимизировать путем закалки. Во-первых, закалка увеличивает переохлаждение, благоприятствуя однородному зародышеобразованию в PFZ, поскольку она снижает энергетический барьер зародышеобразования даже при отсутствии мощных центров зародышеобразования. Кроме того, низкие температуры также приводят к снижению скорости диффузии, минимизируя потерю вакансий и преждевременный рост выделений на границах зерен. Однако, поскольку скорости диффузии при низких температурах подавляются, время старения (время, необходимое для обработки для получения желаемого размера зерна) будет длительным. Поэтому один из методов обработки, позволяющий обойти это, заключается в небольшом повышении температуры после того, как будет сформировано достаточное количество однородных центров зародышеобразования.
Другой метод минимизации PFZ заключается во введении примесных элементов, поскольку они сильно взаимодействуют с вакансиями и обеспечивают более равномерное распределение вакансий в материале. Одним из примеров может быть введение Mg в сплавы Al
Циклическое упрочнение (CS), процесс, при котором материал механически толкается и тянется многократно при комнатной температуре, создает мелкие осадки, которые равномерно распределены по всей микроструктуре. Он был предложен в качестве альтернативы обычным сплавам с преципитационным упрочнением, поскольку этот процесс достигает эффектов упрочнения без введения PFZ.