Westfälische Wilhelms-Universität Münster: Forschungsbericht 2003-2004 - Institut für Materialphysik

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2003 - 2004

 

 
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Forschungsschwerpunkte 2003 - 2004  
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Diffusion and Segregation in Grain and Interphase Boundaries
Investigation of the grain boundary pre-melting phenomenon due to solute segregation, studied for the case of Bi in Cu

 
The embrittlement of copper by Bi atoms is a typical example of a severe detrimental phenomenon in materials science. It was recently proposed in the literature that the strong Bi segregation in Cu can cause a liquid-like film at the grain boundaries (GBs), when the alloy is in the single phase (solid solution) region in the equilibrium phase diagram. We have recently performed GB diffusion experiments of Bi in pure Cu and in Bi-doped Cu(Bi) alloys to prove the given predictions. Because, if a liquid-like GB-phase is indeed formed, the GB diffusivity should be dramatically enhanced. First of all the segregation of Bi in Cu was determined quantitatively by our well-established radiotracer technique with the isotope 207Bi. Furthermore 64Cu and 207Bi GB tracer diffusion was measured in a series of dilute Cu-Bi alloys in the single phase of solid solution and in the two-phase (solid plus liquid) regions of the equilibrium phase diagram. It was shown that Bi segregates extremely strongly in Cu GBs. An abrupt increase of the GB diffusivities of both Cu and Bi by about two decades was observed at certain Bi contents which are without any doubt in the single-phase region and are definitely less than those associated with the bulk solidus concentration. The present results convincingly showed the occurrence of a pre-melting phase transition in GBs of the Cu-Bi system.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. S. V. Divinski, Dr. M. Lohmann, Prof. Dr. Chr. Herzig (Leiter), Dr. B. Baretzky (MPI für Materialforschung, Stuttgart), Prof. Dr. W. Gust (MPI für Materialforschung, Stuttgart)

Veröffentlichungen:

Divinski, S. V., M. Lohmann, Chr. Herzig
Grain boundary diffusion and segregation of Bi in Cu: measurements in B and C diffusion regimes.
Acta Materialia52, 3973 (2004)

Divinski, S. V., M. Lohmann, Chr. Herzig, B. Straumal, B. Baretzky, W. Gust
Grain boundary melting phase-transition in the Cu-Bi system.
Phys. Rev. B, 71, 104104 (2005)

 

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