Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Hranice zrn jsou významnou strukturní složkou materiálů. Struktura a chemické složení hranic zrn se liší od vnitřku krystalu a mohou tím limitovat použití materiálu pro aplikace. Na základě dlouhodobého studia chování jednotlivých hranic zrn v modelových slitinách na bázi železa byla navržena a ověřena metoda předpovědi segregace libovolné příměsi (tj. jejího chemického složení) na libovolné hranici zrn při zvolené teplotě.

Metoda spočívá v tom, že na základě rozpustnosti příměsi v tuhém matričním prvku lze pomocí tzv. diagramu segregace příměsi na hranicích zrn (obr. 1a) určit standardní entalpii segregace, ΔH_I⁰, tohoto prvku na zvolené hranici zrn (např. obr. 1b). Ze znalosti ΔH_I⁰ pak lze na základě tzv. kompenzačního jevu (tedy lineárního vztahu mezi standardní entalpií a entropií segregace, obr. 2) určit odpovídající standardní entropii segregace, ΔS_I⁰, víme-li, v jaké poloze (tj. substituční nebo intersticiální) prvek na hranici zrn segreguje. Pomocí této metody byly určeny termodynamické parametry pro segregaci 52 prvků v α-železe na 19 vybraných hranicích zrn (např. tab. 1). Výsledky byly s vysokou shodou porovnány se všemi dostupnými literárními daty a ukázaly dobrou aplikovatelnost i na složité systémy jako jsou feritické oceli a litiny.

P. Lejček, S. Hofmann: Thermodynamics of Grain Boundary Segregation and Applications to Anisotropy, Compensation Effect and Prediction, Crit. Rev. Sol. State Mater. Sci. 33 (2008) 133–163. doi: 10.1080/10408430801907649;

P. Lejček, R. Konečná, J. Janovec: Solute segregation to ferrite grain boundaries in nodular cast iron: experiment and prediction, Surf. Interface Anal. 40 (2008) 503–506. doi 10.1002/sia.2659;

P. Lejček, S. Hofmann, J. Janovec: Prediction of enthalpy and entropy of solute segregation at individual grain boundaries of α-iron and ferrite steels, Mater. Sci. Eng. A 462 (2007) 76–85. doi:10.1016/j.msea.2006.02.463;

P. Lejček, S. Hofmann: Grain boundary segregation, anisotropy and prediction, In: Encyclopedia of Materials: Science and Technology – Updates, K.H.J. Bunshaw, R.W. Cahn, M.C. Flemings, E.J. Kramer and S. Mahajan, Eds., Pergamon, Amsterdam, 2002, #200115, pp. 1–7.