自 ５０年代初，Ｊ。Ｃｋ山在研究含氮马氏体低温回火过程中组织转变时发现Ｆｅ１６ＮＺ以来，伴随 着氮化工艺的发展人们便展开了对这种正稳相的研究７０年代初，Ｋｉｍ和ＴａｋａｈＺＳｈｉ川首先报道了Ｆｅ１６ＮＺ的高饱和磁化强度，进一步拓宽了该相的研究领域 Ｆｅ１６ＮＺ以圆盘状均质析出的待证已经为许多文献所报道３一呼但多限于含氮量固定的 Ｆｅ－Ｎ合金普通热处理过程中的析出研究，时氯化层中Ｆｅ１６ＮＺ的析出研究还缺乏详尽的报道问除此之外、由衍射谱所引起的对卜１６Ｎ２结构的讨论也有待于进一步深入Ｋ］ 本文利用透射电一声显微镜，对纯铁离子渗氮扩散层中析出的Ｆｅ１６ＮＺ进行了详细的研究，确定了Ｆｅｌ６ＮＺ的析出特征，并讨论了其电子衍射特点１实验方法 实验材料选用工业纯铁，在 ５５０’Ｃ、 ８００—９３０ Ｐａ的ＮＨ３气氛中，经离子渗氮处理 ４ ｈ后随炉缓冷至室温取出．用线切割切下氨化层，经机械研磨至 ５０ Ｐｍ冲成直径 ３ ｍｍ的电镜样品，后经离子减薄制成薄膜样品．采用Ｈ—８００透射电镜进行显微组织的观察分析，加速电压为 ２００ ｋＶ．２实验结果及讨论２．ＩＦｅ１６Ｎ２的非均质析出 在Ｆｅ—Ｎ合金中，Ｆｅ１６ＮＺ的典型析出特征是均质析出（ｈｏ。ｇｅｎｅｏｕｓ ｐｒｅｃｌｐｉｔａｔｌｏ…，特点为 Ｆｅ。Ｎ。沿基体６的｛１００｝。面析出时，三组圆片状Ｆｅ１６ＮＺ（其析出面分别是（１００ ）。；（０１０）。和（００１）。）尺寸相近、分布均匀．纯铁离子渗氮扩散层中Ｆｅ１６ＮＺ 的析出则呈非均质特征，如图１所示．在图１。中，只有一个取向的Ｆｅ１６ＮＺ从基体中析出；在图ｆｏ中存在两个取向的Ｆｅ１６ＮＺ；而在图 ＩＣ中才存在典型的三个取向的Ｆｅ１６ＮＺ．分析认为，Ｆｅ１６ＮＺ的三种分布状态对应于扩散 层中不同的含Ｎ区域．离子渗氮工艺条件决定了材料显微组织中Ｎ的浓度由表及里逐渐降低，在扩散层中不同深度处的Ｎ浓度不同，这导致了在缓冷过程中Ｎ的过饱和程度的差异，从而直接影响到Ｆｅ１６ＮＺ的析出．图ｌａ的取样位置距表面最远，图ｆｏ和ｃ的取样位置逐渐靠近渗层表面，其 对应的Ｎ过饱和程度是依次增加的．应当指出，当存在外加磁场或拉伸应力的作用时，Ｆｅ—Ｎ合 金中Ｆｅ１６ＮＺ的析出也呈非均质特征，即只沿磁场或应力方向析出一组，称为定向析出（ｏｒｉｅｎｔｅｄＰｒｅｃｉＰｉｔａｔｉｏｎ）［‘－“］但在离子渗氮过程中，并无外加磁场或拉伸应力的作用． 在Ｎ过饱和度相对较低的状态下，从基体中优先析出一组或两组Ｆｅ１６ＮＺ，而不是三组同时均 质析出，这与表面离子渗氮工艺所导致的Ｎ原子从高浓度的表层向低浓度的内层的定向扩散有关． 在Ｎ的过饱和度较低时，由于其不足以在三个面上同时聚集析出，便直接在与渗氮扩散方向相关且 最适宜Ｎ原子扩散偏聚的面上析出一组或两组而在Ｆｅ—Ｎ合金淬火后退火或回火过程中，由于Ｎ 的浓度均匀其过饱和程度相同，因而Ｆｅ１６ＮＺ的析出呈均质特征．Ｆｅｌ６ＮＺ从扩散层中析出的这种非均质特征，反映了离子渗氮工艺所引起的组织中Ｎ浓度的不均匀性．２·２Ｆｅ１６ＮＺ的析出形貌 通常认为Ｆｅ１６ＮＺ的析出形貌为从。基体｛１００｝。面析出的圆盘薄片状．当从（００１）。 取向观察时，处于ｅｄｇｅ－－ｏｎ位置的两组Ｆｅ１６ＮＺ互相垂直，而第三组则刚好处于ｆａＣＣ一Ｏｉｌ位置呈现出圆盘形态，且这种圆盘状的Ｆｅ１６ＮＺ常具有“玫瑰花”衬度（“ｒｏｓｅｔｔｅ” ｃｏｎｔｒａｓｔ）［‘］．对扩散层中析出的Ｆｅ１６ＮＺ进行大角度倾转时发现，析出的Ｆｅ１６ＮＺ虽为薄片状，但并非圆盘形．将图 ＺＩ所示的 Ｆｅ１６ＮＺ绕其长轴转至图Ｚｂ时，其短轴方向变窄，可知其为薄片状．而绕其短轴方向由图Ｚａ 转至图Ｚｃ时，其长轴方向变短，由此可知其形貌不一定是圆盘状（标准的圆盘形绕其短轴转动时 ，长轴长度即圆盘直径应不变）．进一步倾转分析时获得了图３所示的一组图片，确认其形貌为长 条薄片而非圆盘薄片．图３ａ所示膜面为（１００）。，三组［１６Ｎ２分别标为１，２和３．其 中１组和３组互相垂直，２组沿你小方向．由国３ａ绕１组的长轴转至图３ｂ，Ｃ时，１组与３组 的夹角由９０”逐渐变大，最后至图３ｄ的（００１）。膜面时，１组与３组的角度最大，此时２ 组与３组的Ｆｅ１６ＮＺ互相垂直．结合衍射谱对图３。，ｄ进行迹线分析，可确定扩散层中Ｆｅ １６ＮＺ的惯习面亦为｛１００｝。面，与Ｆｅ－Ｎ合金中相同．图３ａ中１组和３组及图３ｄ中 ２组和３组的Ｆｅ１６Ｎｓ处于ｅｄｇｅ－ｏｎ位置，为薄片状；而图３。中的２组与图３ｄ中的 １组的Ｆｅ１６ＮＺ刚好处于ｆａｃ。ｏｎ位置，反映了其真实形貌为长条状而非圆盘状，长轴分 别平行于［０１儿及卜０］。晶向另外，鉴于第２组Ｆｅ１６ＮＺ的厚度在图３ｄ中比国３ｂ中的 要宽，说明其在图ｓｄ中不是精确的ｅｄｇｅ－ｏｎ位置（否则其厚度应最窄），即其析出面从｛１００｝。面稍有偏离，这与理论预测结果［‘’１相一致倾转过程中发现在（１１１）。膜面时，三组Ｆｅ１６ＮＺ的长轴分别近似平行于卜０］。，［１０ｉ］。和ＩＯ刊。晶向，并大约互成６０”角 ，如图４所示通过上述讨论分析，可以确定扩散层中Ｆｅ１６ＮＺ以长条薄片状从基体的｛１００ ｝。面析出．其长轴平行于（０１１＞。取向图４所示即为三组Ｆｅ１６ＮＺ在（１１１）。方向上的投影同理，图１，２亦为Ｆｅ１６ＮＺ在基体图４。基体（１１１）。面ＬＦｅ１６ＮＺ的分市及ＸＪ应【１１Ｖ。晶带衍射花样Ｆｉｇ．４ Ｄ。ｓｔｄ加ｎ。ｎ。宜卜１。Ｎ。。ｎ（】１１）。…。ｋ。且。ｋ）。ｎｄ ｃ。ｒｒｅｓｐ。。ｄ。ｎ。门】１、山ｍ。ｃｈ。。。ｐ。讨ｅｒ。。（ｂ） 图５从。中析出的Ｆｅ１６ＮＺ系刘顿转电子衍谢谱Ｆｉｇ．５ Ｄｌｆｆｒ。ＣｔｌＯｎ ｐ。ｔｔｅｒｆｌｓ Ｏｆ Ｆｅ１６ＮＺ。ｆｌｄ。 ｐｈ。ｓｃｓ（ＩｎｄｅＸｅｄ ＳｐｏｔＳ。ｒｅ ｉｌｌ。ｔ Ｏｔ Ｆｅｌ（；ＡＺ）ａ不同方向上的投影 片状的Ｆｅ１６ＮＺ的厚度方向为其体心四方单胞的Ｃ轴方向山．根据 Ｆｅ１６ＮＺ的点阵常数（２— ｂ— ０．５７２ ｆｉｍ．ｃ—０．６２９ ｕｒｎ），可计算出其（００），（０１０）及（００１）面与基体｛１００｝。惯习面的错配度分 别为０．２１％，０．２１％和９．２８％．以体心立方。中最短的全位错Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量（１／２）（１１１。来估算，可知在Ｆｅ１６ＮＺ的［１００］和［０１０］方向上的位错；司距为１３６．７ ｕｒｎ，将其投影到长轴 ［１１０］方向上则为 １９３．３ ｕｒｎ．即当Ｆｅ１６ＮＺ以共格关系从基体形核析出后，长大过程中长轴方向尺寸超过 １９３．３ ｕｒｎ时（考虑到弹性应变，实际尺寸要大于 １９３．３ ｕｒｎ），与基体的共格关系将被破坏变为半共格关系图 １——４所示 Ｆｅ１６ＮＺ的长轴尺寸皆大于 ３００ １１。，其与基体间应保持半共格关系．２．３ Ｆｅ１６ＮＺ的衍射分析 ［ｌ。ｄ。的体心四方 （ｄｏｄ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）结构最早是由 Ｊａｃｋ［１］通过 Ｘ射线衍射给出，但电子衍射分析结果尚不多见．由于Ｎ原子在Ｃ轴方向有序占据八面体间隙位置， Ｆｅ１６ＮＺ单胞中Ｆｅ原子有三类等效位置山：（０，１／２， １／４）·，（０， ０，。）…及（。；ｘ， ０）…·最近， Ｓｕｎ及其合作者［’］对 Ｆｅ－Ｎ薄膜中的 Ｆｅ１６ＮＺ进行电子衍射分析后提出，存在类体心（ｂｅｅ－ｒｅｌａｔｅｄ，基于卜１］和卜３ ］衍射花样）和类面心（ｆＣｃ－ｒｅｌａｔｅｄ，基于［００１］和［０１１］衍射花样）结构的Ｆｅ１６ＮＺ，其晶体学参数分别对应于ｘ—０．２５；。一０．３１２５（Ｊａｃ－１）ｆｏ ｘ—０．２２２，。一０．３０６（Ｊａｃ－２）．为了进一步获取相关信息，本文作者对扩散层中 的Ｆｅ１６ＮＺ做了大量的电子衍射实验，获得了图５所示的系列电子衍射谱，分析可得Ｆｅ１６ＮＺ与。的取向关系为（００１）Ｆｌ。Ｎ。 １１ （００）。，｛１００｝Ｆｅｌ。Ｎ。／／｛１００｝。 分析表明，包括卜０］和［０１１］在内的所有衍射谱都满足体。０消光规律．由于从形貌无法区分 具有Ｊａｃｋ—１和Ｊａｃｋ一２结构的Ｆｅｌ６Ｎ２，因而也无法确认这些满足体心消光规律的衍射谱是否都来自于Ｊａｃｋ—且结构，或其间有无 Ｊａｃｋ—２结构的衍射谱对Ｊａｃｋ—２结构的衍射振幅计算结果表明，如图６所示，即使是［００１］晶带，其（１１０）衍射束在０一１００ｕｒｎ厚度范围内也一直存在．而且当厚度大于３４ ｕｒｎ时，其强度还大于（２００）的强度．这就是说，即使是Ｊａｃｋ－２结构，其［００１］晶带衍射谱中（１１０）斑点也出现，满足体心消光规律、对于Ｊ。Ｃｋ－２结构的 Ｆｅ１６Ｎ２｛０１１］晶带衍射分析亦取得了相同的结论进一步模拟计算Ｊａｃｋ—２结构的其它 晶带衍射谱时，亦未获得满足面心消光规律的衍射花样．通过上述分析可以确认，无论是Ｊａｃｋ —１还是Ｊａｃｋ—２结构，其衍射谱均满足体心消光规律因此，文献［８］所给出的满足面心消 光规律的衍射谱，似不能用Ｊａｃｋ—２结构来解释，尚有待于进一步的验证和讨论．还应当指出，文献［ｓｌ给出的Ｆｅ１６Ｎ２１１１３］和卜１］晶带衍射谱，与图５中 Ｆｅ１６ＮＺ［１１１］及［１１３］晶带衍射谱不同，类似于本工作得到的氮比表层中。相卜０１］和［０００１］晶带的衍射谱（含超点阵衍射斑点），见图７．３结论 （１）纯铁离子渗氮后扩散层中Ｆｅ１６ＮＺ的析出具有非均质特征，在一定条件下将优先析出一组或两组，而不是三组同时析出 （２）扩散层中析出的Ｆｅ１６ＮＺ具有长条薄片状形态，从基体的｛１００｝。晶面上析出并稍有偏离，其长轴平行于 （０１１。晶向． （３） Ｆｅ１６ＮＺ的衍射谱满足体心消光规律， Ｆｅ１６ＮＺ与
More abstracts about the 纯铁离子渗氮扩散层中Fe_(16)N_2的透射电镜研究