·196 北京科技大学学报 第36卷 (a)Fe (b)Cu (c)Al (d)N (e)M (h)C 图1淬火后的RPV模拟钢样品在500℃时效20h得到Fe(a)、Cu(b)、Al(c)、N(d)、Mn(c)、Ni(D、P(g)和C(h)原子的空间分布图 分析体积为34nm×33nm×45nm Fig.1 Distribution of Fe (a),Cu (b),Al (c).N (d),Mn (e),Ni (f),P (g)C (h)atoms in RPV model steel specimens after water quenching and aging at 500C for 20 h.The box volume is 34 nm x33 nm x45 nm 面位置形核，这也可能是纳米富Cu相只在AN相/ 最高含量峰位来看，三个相界面处原子偏聚的位置 aFe基体的某一位向的相界面处形核长大的原因. 稍有不同.在相界面PB2和PB4处，Mn、Ni、C原子 2.2溶质及杂质原子在相界面处的偏聚特征 偏聚后的最高浓度都基本位于相界面上，而P原子 本文主要分析了Ni、Mn、P和C原子在富Cu 位于相界面偏基体一侧；在PB3处，这四种原子偏 相/AlN相、富Cu相/aFe基体和AlN相IaFe基体 聚后的最高含量都位于相界面偏基体一侧.导致这 三个相界面及AlN相/aFe基体相界面的三个不同 种差别的原因可能是分析柱体与相界面并不严格垂 方位处的偏聚特征，比较了它们之间偏聚倾向的差 直，或者相界面的特性不同所致. 别.为了分析这几种原子的偏聚倾向，选取了直径 设定Cu含量与Fe含量以及Cu含量与Al含量 为3nm、5nm和2nm圆柱形的分析区域，使其分别 随距离变化的相交处为它们之间的相界面，如成分 穿过富Cu相/AN相/基体间的两个相界面（如图2 分布图4(b)中黑色虚线所标示.从图4(b)和(c) (a)所示)，穿过基体/AN相/基体间的两个相界面 中可以看出：在富Cu相与aFe的相界面PB5处， (如图3(a)所示)以及穿过基体/富Cu相/AIN相间 Ni、Mn、P和C等原子都有明显偏聚：但在富Cu相 的两个相界面（如图4(a)所示），并尽可能使分析 与AN相形成的相界面PB6处，Ni、Mn、P和C原子 柱体与界面垂直.沿着分析柱体箭头方向获得的成 都未发生偏聚，与图2(c)中相界面PB1处的结果 分曲线如图2(b)和(c)、图3(b)和(c)以及图4(b) 相同. 和(c)所示. 上述分析结果表明，同一种溶质或杂质原子在 设定Cu含量与Al含量以及Fe含量与Al含量 不同相界面上的偏聚特征存在差别.在富C山相与 随距离变化的相交处为它们之间的相界面，在本文 Fe以及AlN相与aFe的相界面上，Ni、Mn、P和 中用PB表示，在成分分布图中用黑色虚线标出.从 C原子都有明显偏聚，而在富Cu相与AlN相的相界 图2(c)中可以看出，在AIN相/富Cu相的界面PB1 面上它们并未发生偏聚，这主要与界面特性相关. 处，Ni、Mn、C和P等原子并未发生偏聚：但是在AlN 富Cu相在aFe中析出长大过程中，为了降低富Cu 相/aFe的相界面PB2处，Ni、Mn、C和P原子有明 相/aFe之间的相界面能，Ni和Mn原子会向界面 显偏聚.图3(b)和(c)所示为另两个不同方位处的 处扩散，最终形成富Ni和富Mn层包裹着富Cu相 AlN相与aFe形成的相界面PB3和PB4处，Ni、 的壳层结构.本实验中，富Cu相在AN相/aFe Mn、C和P原子也同样有明显偏聚现象，三个相界 的相界面上形核析出时，也观察到了类似的现象，Ni 面处各种原子偏聚的最高含量如表2所示.从图中 和Mn原子偏聚在富Cu相/aFe的相界上，但是并北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 1 淬火后的 ＲPV 模拟钢样品在500 ℃时效20 h 得到 Fe ( a) 、Cu ( b) 、Al ( c) 、N ( d) 、Mn ( e) 、Ni ( f) 、P ( g) 和 C ( h) 原子的空间分布图． 分析体积为 34 nm × 33 nm × 45 nm Fig． 1 Distribution of Fe ( a) ，Cu ( b) ，Al ( c) ，N ( d) ，Mn ( e) ，Ni ( f) ，P ( g) 和 C ( h) atoms in ＲPV model steel specimens after water quenching and aging at 500 ℃ for 20 h． The box volume is 34 nm × 33 nm × 45 nm 面位置形核，这也可能是纳米富 Cu 相只在 AlN 相/ α-Fe 基体的某一位向的相界面处形核长大的原因． 2. 2 溶质及杂质原子在相界面处的偏聚特征 本文主要分析了 Ni、Mn、P 和 C 原子在富 Cu 相/AlN 相、富 Cu 相/α-Fe 基体和 AlN 相/α-Fe 基体 三个相界面及 AlN 相/α-Fe 基体相界面的三个不同 方位处的偏聚特征，比较了它们之间偏聚倾向的差 别． 为了分析这几种原子的偏聚倾向，选取了直径 为 3 nm、5 nm 和 2 nm 圆柱形的分析区域，使其分别 穿过富 Cu 相/AlN 相/基体间的两个相界面( 如图 2 ( a) 所示) ，穿过基体/AlN 相/基体间的两个相界面 ( 如图 3( a) 所示) 以及穿过基体/富 Cu 相/AlN 相间 的两个相界面( 如图 4( a) 所示) ，并尽可能使分析 柱体与界面垂直． 沿着分析柱体箭头方向获得的成 分曲线如图 2( b) 和( c) 、图 3( b) 和( c) 以及图 4( b) 和( c) 所示． 设定 Cu 含量与 Al 含量以及 Fe 含量与 Al 含量 随距离变化的相交处为它们之间的相界面，在本文 中用 PB 表示，在成分分布图中用黑色虚线标出． 从 图 2( c) 中可以看出，在 AlN 相/富 Cu 相的界面 PB1 处，Ni、Mn、C 和 P 等原子并未发生偏聚; 但是在 AlN 相/α-Fe 的相界面 PB2 处，Ni、Mn、C 和 P 原子有明 显偏聚． 图 3( b) 和( c) 所示为另两个不同方位处的 AlN 相与 α-Fe 形成的相界面 PB3 和 PB4 处，Ni、 Mn、C 和 P 原子也同样有明显偏聚现象，三个相界 面处各种原子偏聚的最高含量如表 2 所示． 从图中 最高含量峰位来看，三个相界面处原子偏聚的位置 稍有不同． 在相界面 PB2 和 PB4 处，Mn、Ni、C 原子 偏聚后的最高浓度都基本位于相界面上，而 P 原子 位于相界面偏基体一侧; 在 PB3 处，这四种原子偏 聚后的最高含量都位于相界面偏基体一侧． 导致这 种差别的原因可能是分析柱体与相界面并不严格垂 直，或者相界面的特性不同所致． 设定 Cu 含量与 Fe 含量以及 Cu 含量与 Al 含量 随距离变化的相交处为它们之间的相界面，如成分 分布图 4( b) 中黑色虚线所标示． 从图 4( b) 和( c) 中可以看出: 在富 Cu 相与 α-Fe 的相界面 PB5 处， Ni、Mn、P 和 C 等原子都有明显偏聚; 但在富 Cu 相 与 AlN 相形成的相界面 PB6 处，Ni、Mn、P 和 C 原子 都未发生偏聚，与图 2( c) 中相界面 PB1 处的结果 相同． 上述分析结果表明，同一种溶质或杂质原子在 不同相界面上的偏聚特征存在差别． 在富 Cu 相与 α-Fe 以及 AlN 相与 α-Fe 的相界面上，Ni、Mn、P 和 C 原子都有明显偏聚，而在富 Cu 相与 AlN 相的相界 面上它们并未发生偏聚，这主要与界面特性相关． 富 Cu 相在 α-Fe 中析出长大过程中，为了降低富 Cu 相/α-Fe 之间的相界面能，Ni 和 Mn 原子会向界面 处扩散，最终形成富 Ni 和富 Mn 层包裹着富 Cu 相 的壳层结构［22］． 本实验中，富 Cu 相在 AlN 相/α-Fe 的相界面上形核析出时，也观察到了类似的现象，Ni 和 Mn 原子偏聚在富 Cu 相/α-Fe 的相界上，但是并 · 691 ·