.362 北京科技大学学报 1994年No.4 1 实验方法 实验所用A1-1.17%Cu合金用99.999%A1和99.9%Cu在石墨坩锅中，于氩气保护下熔 炼，注人石墨模中成锭，经3d、850K退火，轧制成断面为3mm×10mm的短带，将表面用 王水处理，以消除轧制过程中可能带人的杂质，再经3d、850K处理后水淬.为了在以后的 热处理过程中表面能生成较多的空位坑)，部分充分退火的样品先经2%~4%的微量预形 变，然后将表面电解抛光.表面成分分析用的X光电子能谱，可探测表面0.5~5nm的区 域，并探测至0.1at%以下浓度的Cu原子，测量面积为2~4mm;溶质原子的含量可利用 能谱蜂的面积比及各自蜂的Wagner灵敏度（如Cu2p2(932.4eV)=6.300;A12p(72.65eV) =0.18S)确定，用3keV能量，工作束流为30uA的Ar+刻蚀，每刻蚀1min,样品表面约剥离 Inm. 2实验结果 考虑到A1-Cu合金的固溶温度范国为600 ~950K,含Cu样品经微量形变，在900K处理 有坑表面 10min后以约5K/s速度冷却到600K水淬，表面 3 的空位坑与Anthonyt和A-Si合金观察到的空 色 位坑相似，在大角度晶界附近还可观察到一贫坑带. 未经形变的含Cu退火样品，经900K处理10min 3 以0.12Ks匀速冷却到600K后水淬，表面上基 恒 本观察不到空位坑， 无坑表面 BLUK 图中所示为上述两种含Cu样品的XPS测得 0 10 20 30 40 的表面Cu含量与刻蚀时间的关系，结果表 Ar*刻蚀时间/min 明，有坑表面的偏聚无论是在程度上或者是在深 度上均远大于无坑表面， 附图C1含量与刻蚀时间的关系 Figure Cu concentration vs etching time 3讨论 含C1样品与纯A!表面出现的空位坑具有基本相同的特征，因晶界是空位湮灭的尾 闾，因而晶界附近空位坑很少，可形成一个贫坑带5,7~.XPS结果表明，有空位坑表面Cu 的偏聚高于无空位坑表面，这说明C主要偏聚在空位坑中，如果Cu主要是偏聚在空位坑 以外，那么经高温处理后无坑表面也应有较大的偏聚、而实际上无坑表面只有较小的偏聚， 这可能是平衡偏聚造成的，再者，预形变造成的位错密度增加较少，对Cu偏聚的影响可以 忽略， 另外，XPs的结果也表明，Cu的偏聚只在靠近表面50m以内的区域，这与Anthony 的实验！]是不矛盾的.根据其结果分析，空位坑处与远离空位坑处测得的C浓度相差不大，6 6 3 北 京 科 技 大 学 学 报 哭峙 年 N 1 2 . 4 实验方 法 1 实验所 用 A 一 l 1 . 7 C % 1 合金 用u 9 9 . A 和 i % 9 9 9 9 . C % 9 在 石墨u柑 锅 中 , 于 氢 气保护 下 熔 炼 , 注人 石墨模 中成锭 , 经 3 d 、 8 50 K 退 火 , 轧 制成 断面 为 3 n l们n x 10 xn m 的短 带 , 将表 面 用 王水处理 , 以 消 除轧制 过程 中可能 带人 的杂 质 , 再 经 d3 、 8 50 K 处理后 水淬 . 为 了在 以 后 的 热 处理 过 程 中表 面能 生成较 多 的空位 坑 〔’ } , 部分充分 退 火的样 品先 经 2 % 一 4 % 的 微 量 预 形 变 , 然后 将表 面 电解 抛光 . 表 面成分 分 析用 的 X 光 电子能谱 [ 6 ] , 可 探测表 面 .0 5 一 s nm 的 区 域 , 并探 测至 o . l at % 以 下 浓度 的 C u 原子 , 测 量面 积为 2 一 4 nmr Z ; 溶 质原子 的含 量 可 利 用 能 谱 峰 的 面 积 比 及 各 自峰 的 W a 助 e r 灵 敏 度 (如 C u Z , , ` , ( 9 3 2 · 4 e v ) 一 6 · 3 0 ; 1A 2 , ( 72 . 6 5e V) = 0 . 18 5) 确定 . 用 3 ke V 能量 , 工作束流为 30 拼A 的 iA 十 刻蚀 , 每刻蚀 l ~ , 样品表面约剥离 1 fl m . 2 实验结果 考 虑 到 iA 一 C u 合 金 的 固溶 温 度 范 围 为 以叉〕 一 9 50K , 含 C u 样 品经微 量形 变 , 在 9 0() K 处理 10n 五n 后 以 约 SK / s 速 度冷 却到 6 0 K 水淬 , 表 面 的 空 位坑 与 nA ht o n 尸和 lA 一 iS 合 金网观 察到 的空 笼彭亢相似 , 在大角度晶界附近还可观察到一贫坑带 . 未 经 形 变 的含 C u 退 火 样 品 , 经 g o K 处理 10 m i n 以 0 . 12 K s/ 匀 速 冷 却 到 以刃 K 后 水 淬 , 表 面 上 基 本观 察不 到空位 坑 . 图 中所示 为上 述两 种含 C u 样 品 的 X P S 测 得 的 表 面 C u 含 量 与 刻 蚀 时 间 的 关 系 , 结 果 表 明 , 有坑 表面的偏 聚无论是在 程度 上或 者是 在 深 度上 均远 大于 无坑 表面 . 可坑表面 B L U K 兀机衣 四 一、 弓卜 - 一之 一 几几二二吧尝二尸、 ~ 峨备~ } } 之喇名如罗1n 粥旧U 10 20 3 0 4 0 rA 十 刻 蚀时 间 /而 n 附图 C u 含 , 与刻蚀时 间的关 系 万甸此 C u 仪. 笼吐拍位扣 招 d d血弓 向长 3 讨 论 含 C u 样 品 与 纯 lA 表 面 出 现 的 空 位 坑 具 有 基 本 相 同的 特 征 . 因 晶界 是 空 位 湮 灭 的 尾 间 , 因而 晶界 附近 空位坑 很 少 , 可形 成一 个 贫坑 带 【’ , ’ 一 ’ 0] . X P S 结果表 明 , 有空位坑表面 uC 的偏 聚高 于无 空位 坑表 面 , 这说明 C u 主要 偏 聚在 空位坑 中 . 如 果 C u 主要 是 偏 聚 在 空 位 坑 以 外 , 那 么经 高温 处理后 无 坑表 面也 应有 较 大 的偏 聚 , 而 实 际上 无 坑 表 面 只 有 较 小 的偏 聚 , 这 可 能是 平衡偏 聚造成 的 . 再者 , 预形变 造 成 的位错 密度 增加 较少 , 对 C u 偏 聚 的 影 响 可 以 忽略 . 另 外 , X F S 的结果 也 表 明 , c u 的 偏 聚 只 在 靠 近 表 面 50 娜 以 内 的 区 域 , 这 与 nA ht o ny 的实验 [ ’ ] 是 不矛盾 的 . 根 据其 结果 分 析 , 空位坑 处与远 离空 位坑 处测得 的 C u 浓度相差不大