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Tracing the evolution of bubbles in helium-injected aluminum by means of positron annihilation

1977; Elsevier BV; Volume: 64; Issue: 1-2 Linguagem: Francês

10.1016/0022-3115(77)90025-3

1873-4820

C.L. Snead, A.N. Goland, F.W. Wiffen,

Bauxite Residue and Utilization

Pure aluminum was injected with 0.6 appm of helium. Positron lifetime measurements were performed following isochronal annealing between 25 and 600° C. Transmission electron micrographs were taken after several of these anneals. The results are consistent with a model in which the injected helium quickly becomes substitutional. This substitutional helium is a trapping site for positrons. By monitoring the concentration and size of this trapping site through the measurement of the positron lifetimes it is concluded that migration of the helium begins at ~ 100°C and that helium continually agglomerates up to ~250°C. Above this temperature the increasing size of the trapping site indicates bubble growth. Bubble growth proceeds up to 600° C, but whether by continued arrival of helium at nucleation sites or by bubble migration and coalescence (or both) being indeterminable. The major stage of bubble growth is between 300 and 600° C. The electron microscopy verified the presence of bubbles both in grain boundaries and matrix after annealing to 625°C, but only cavities in grain boundaries were observed in annealing to 500° C. Positron-lifetime measurements are a useful complement to electron microscopy in the study of bubbles in metals, especially in the early stages of the nucleation and growth of small cavities. De l'aluminium a subi l'injection de 6 × 10−5 at.% d'hélium. Des mesures de durée de vie des positrons ont été effectuées en suivant le recuit isochrone entre 25 et 600° C. Des micrographies électroniques par transmission ont été prises après plusieurs de ces recuits. Les résultats sont compatibles avec un modèle dans lequel l'hélium injecté devient rapidement substitutionnel. Cet hélium substitutionnel est un site de piégeage pour les positrons. En déterminant la concentration et la taille de ce site de piégeage par la mesure des durées de vie des positrons on en conclut que la migration de l'hélium commence à ~100°C et que l'hélium s'agglomère continûment jusqu'à ~250°C. Au-dessus de cette température, la taille croissante des sites de piégeage indique une croissance des bulles. La croissance des bulles procède jusqu'à 600°C, mais savoir si l'arrivée continue de l'hélium sur les sites de germination s'opère soit par migration des bulles et par coalescence, soit par les deux mécanismes n'a pu ître tranché. Le stade majeur de croissance des bulles est situé entre 300 et 600°C La microscopie électronique a vérifié qu'il y avait présence de bulles à la fois dans les joints de grains et dans la matrice après recuit à 625° C, mais des cavités ont été seulement observées dans les joints de grains par recuit à 500° C. Les mesures de durée de vie des positrons constituent un complément utile à la microscopie électronique dans l'étude des bulles dans les métaux, spécialement dans les premiers stades de la germination et de la croissance de petites cavités. In reines Al wurden 6 · 10−5 At.% He injiziert. Messungen zur Lebensdauer von Positronen wurden nach isochroner Wärmebehandlung zwischen 25 und 600°C durchgeführt. Nach einigen dieser Wärmebehandlungen wurde das Gefüge transmissionselektronenmikroskopisch untersucht. Die Ergebnisse stimmen mit einem Modell überein, in dem das injizierte He schnell substitutionell eingebaut wird. Dieses substitutionelle He ist eine Einfangstelle für Positronen. Aus der Überwachung der Konzentration und Grosse dieser Einfangstelle durch Messung der Lebensdauer der Positronen wird geschlossen, dass eine He-Wanderung bei etwa 100°C beginnt und He bis zu etwa 250°C kontinuierlich agglomeriert. Oberhalb dieser Temperatur weist die zunehmende Grösse der Einfangstelle auf ein Blasenwachstum hin, das bis 600°C fortschreitet; es its aber unbestimmbar, ob durch kontinuierliches Auftreffen von He an Keimbildungsplätzen oder durch Blasenwänderung und -Vereinigung oder durch beides. Das Hauptstadium für das Blasenwachstum liegt zwischen 300 und 600°C. Die Gegenwart von Blasen in Korngrenzen und in der Matrix nach einer Wärmebehandlung bis zu 625°C wurde elektronenmikroskopisch verifiziert; es wurden aber nur Hohlräume in Korngrenzen nach einer Wärmebehandlung bis zu 500°C beobachtet. Messungen zur Lebensdauer von Positronen stellen eine nützliche Ergänzung zur Elektronenmikroskopie bei der Untersuchung von Blasen in Metallen dar, besonders im Frühstadium der Keimbildung und des Wachstums kleiner Hohlräume.