Атмосферы Коттрелла

Поля упругих напряжений дислокации и примесного или легирующего атома взаимодействуют. В результате атом испытывает силу притяжения со стороны дислокации. Краевая дислокация имеет область сжатия и область растяжения. Примесные или легирующие атомы способны понизить напряжения в этих областях.

 

Атомы внедрения, как правило, имеют меньшие размеры, чем атомы основного металла, в котором они растворены. Они притягиваются к области растяжения и размещаются в ней. Если в области с совершенной решеткой они создают поле напряжений за счет искажения совершенной решетки, то здесь они даже понижают искажения области растяжения.

 

Атомы замещения могут иметь размеры меньше и больше атомов металла, в котором они растворены. Если их размер больше атомов основного металла, то они размещаются в области растяжения. Если их размер меньше атомов основного металла, то они размещаются в области сжатия.

 

Примесные атомы внедрения значительно сильнее притягиваются к дислокации, чем атомы замещения.

 

По разнице в значениях энергии примесного атома в положениях около дислокации и в идеальной решетке определяется энергия связи положительной краевой дислокации с этим атомом:

Е = GbR³_oε sinθ/r, (21)

где θ и r – координаты (цилиндрические) примесного атома относительно прямой линии дислокации; G – модуль сдвига; ε = (R_п – R_o)/ R_o, R_п – радиус примесного атома; R_o – радиус атома основного металла в случае раствора замещения и в случае раствора внедрения – радиус жесткого шара, который, будучи внесен в то место решетки, где расположен примесный атом, не вызовет объемных искажений.

 

Энергия упругого взаимодействия дислокации с примесным атомом возрастает по мере роста фактора размерного несоответствия ε.

 

Следует отметить вклад в энергию связи не только упругого (к оттрелловского) взаимодействия (21), но и электрического, и взаимодействия с неупругими искажениями в ядре дислокации. Последнее количественно не оценено.

 

Область растяжения из-за избытка электронов (Плотность электронов = количество свободных электронов на один атом. Количество свободных электронов в всем объеме металла приблизительно одинаково. В области растяжения количество атомов меньше, а количество электронов осталось прежним) имеет слабый отрицательный заряд. Область сжатия имеет положительный заряд. Если атомы примеси имеют несбалансированный заряд (ион), существует электрическое взаимодействие. По оценке оно значительного меньше упругого.

 

Перечисленное взаимодействие атомов примесей с дислокациями приводит к образованию вдоль линии дислокации цепочки этих атомов, что называется атмосферой Коттрелла.

 

Возможно образование таких атмосфер и около винтовой, и около смешанной дислокации, но там действуют другие факторы.