Низкотемпературный α -пик внутреннего трения в ниобии и его связь с релаксацией кинков на дислокациях

Abstract

Проведено исследование влияния примесей на параметры α-пика внутреннего трения в моноиполикристаллах ниобия, зарегистрированного в области температур 200-250 К при частоте колебаний > 80 кГц. Установлено, что увеличение чистоты образцов приводит к повышению температуры локализации пика, а также к увеличению его ширины и амплитуды. Ранее структурная чувствительность этого пика наблюдалась при изучении влияния на него предварительной пластической деформации, термоциклирования и низкотемпературного возврата. Предложено статистическое описание всей совокупности экспериментальных данных, которое учитывает зависимость энергии активации и периода попыток как от концентрации примесей, так и от характерной величины и статистического разброса внутренних напряжений. Разработан новый алгоритм анализа экспериментальных данных, позволяющий получать соответствующие различным структурным состояниям образцов эмпирические оценки значений энергии активации, ее дисперсии, периода попыток и силы релаксации. Показано, что α-пик является следствием резонансного взаимодействия упругих колебаний с процессом термически активированного зарождения пар кинков на дислокационных сегментах, лежащих в долинах потенциального рельефа Пайерлса. Получены эмпирические оценки величин основных параметров, характеризующих этот процесс. Установлено качественное согласие свойств α-пика в ниобии с кинетической теорией зарождения и релаксации дислокационных кинков Х. Энгельке.

The influence of impurities on

the parameters of the α peak of the internal friction in single-crystal and polycrystalline

niobium is investigated; the internal friction is recorded in the temperature range 200–250

K at a vibrational frequency of ≈80 kHz. It is found that increasing the purity of the

samples leads to an increase of the peak location temperature and to an increase of its

width and amplitude. The structural sensitivity of this peak was observed previously in a

study of the influence on this peak of a preliminary plastic deformation, thermocycling,

and low-temperature recovery. A statistical description of the whole set of experimental

data is proposed, which takes into account the dependence of the activation energy and

attempt period on the impurity concentration and on the characteristic value and

statistical scatter of the internal stresses. A new algorithm is developed for analyzing

the experimental data to obtain empirical estimates for the values of the activation

energy, its variance, the attempt period, and relaxation strength for the different

structural states of the samples. It is shown that the α peak is a consequence of the

resonant interaction of elastic vibrations with the thermally activated nucleation of kink

pairs on dislocation segments lying in the valleys of the Peierls potential relief.

Empirical estimates are obtained for the values of the main parameters characterizing this

process. It is found that the properties of the α peak in niobium are in qualitative

agreement with Engelke’s theory of the nucleation and relaxation of dislocation kinks.