Identification of nanostructure in aluminium alloys by X-ray diffraction

A number of physical properties of polycrystalline materials, including the mechanical properties, greatly depend on grain size and therefore grain size is a very important parameter in the technology of modern structural materials. Adaptation of optical microscopy in evaluation of crystallite size is frequently limited by basic parameters of this technique, and the result represents only a small area of the specimen surface. Therefore, it has been decided to use an alternative method in evaluation of the crystallites size. The method determines the width of the X-ray diffraction reflections according to a relationship expressed by Scherrer's formula. Easy analysis of the large material volume seems to be significant advantage of this method. The size of the crystallites was calculated by mathematical modelling of the profiles of small-angle diffraction reflections obtained by the Bragg-Brentano technique. The applicability range of this method was established along with the conditions indispensable for its correct application. The described method was used to determine the size of crystallites in the selected aluminium products, in ribbons made by the process of rapid solidification, and in nanometric materials prepared from commercial aluminium alloys. The results obtained were compared with optical microscopy and transmission electron microscopy, and showed enough by the X-ray measurement satisfactory consistency of the measured quantities.

---

Wiele własciwości fizycznych, w tym właściwości mechaniczne materiałów polikrystalicznych w istotny sposób zależą od wielkości ziarna i dlatego rozmiar ziarna jest znaczącym parametrem w technologii nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych. Zastosowanie mikroskopii świetInej do oceny wielkości krystalitów jest ograniczone możliwościami technicznymi, a wynik uzyskiwany jest z niewielkiego obszaru powierzchni próbki. Do oceny wielkości krystalitów przyjęto metodę alternatywną, poddającą analizie szerokość rentgenowskich refleksów dyfrakcyjnych zgodnie z zależnością wyrażoną wzorem Scherrera. Niekwestionowaną zaletą metody dyfrakcyjnej jest łatwość analizy znacznej objętości materiału. Pomiar wielkości krystalitów zrealizowano przy użyciu modelowania matematycznego profili niskokątowych refleksów dyfrakcyjnych (111) uzyskanych w technice Bragg-Brentano. Określono również zakres stosowalności metody i warunki niezbędne do prawidłowego jej użycia. Opisaną metodą oznaczono wielkość krystalitów w wybranych wyrobach aluminiowych, w taśmach wytwarzanych metodą szybkiej krystalizacji oraz w nanometrycznych preparatach sporządzonych z komercyjnych stopów aluminium. Uzyskane wyniki zweryfikowano przy użyciu mikroskopii świetInej i elektronowej wykazując zadowalającą zgodność oceny mierzonych wielkości.