Color metallography of diffusion-induced grain boundary migration in Cu-Zn and Cu-As alloys

Diffusion-induced grain boundary migration is a recently recognized phenomenon that leads to unexpected motion of grain boundaries. Vastly enhanced mass transport characterizes the low-temperature aspect of the phenomenon, since the grain boundaries provide easy paths for diffusional redistribution of atoms in the regions traversed by the boundaries. Diffusion of a solute into or out of polycrystalline materials when only grain boundary diffusion is significant has been observed to induce grain boundaries to migrate in a number of alloys. To investigate this phenomenon further, boundary migration in binary Cu-Zn and Cu-As was studied by use of color metallography. Alloyed surfaces were revealed in the regions traversed by the boundaries after zincification of pure copper in the temperature range 600–900 K and after diffusion of arsenic from the vapor into pure copper in the temperature range 573–643 K. The extent of migration, degree of alloying, and morphology of the grain boundary migration were studied using a variety of metallographic preparative techniques. Because the migrating boundaries sweep across grains, mixing in solute, and because no compositional changes occur except in regions through which migrating boundaries pass, changes in the color of surface regions were used to detect and to extract the extent of the phenomenon. Diffusions-induzierten Korngrenzenwanderung ist ein Phanomen welches zur unerwartenden Verschiebung von Korngrenzen fuhrt. Im Gebiet niederer Temperaturen ist das Phanomen durch weitgehend beschleunigten Massentransport charakterisiert, weil die Korngrenzen einen effektiven Diffusionspfad fur die Atomdiffusion darstellen. In verschiedenen polykristallinen Legierungen wurde die durch Diffusion eines Solute in und aus dem Material bedingte Korngrenzenwanderung beobachtet. Um dieses Phanomen noch genauer zu studieren haben wir die Korngrenzen Verschiebung in binarem Cu-Zn und Cu-As mittels Farb-Metallographie studiert. Legierte Oberflachen wurden von den Korngrenzen durchwanderten Regionen in den folgenden systemen beobachtet; reines Kupfer nach Behandlung mit Zink zwischen 600 und 900 K und reines Kupfer nach Gasphaseneindiffusion von As zwischen 573 und 643 K. Das Ausmass und die Morphologie der Verschiebung und des Legierens wurde mittels verschiedener metallographischer Techniken untersucht. Wahrend die Korngrenzen durch das Kristallgitter wandern, wird Solute in das Metall einlegiert. Zusammensetzungen andern sich nur in R