Введение к работе
Актуальность темы. Аморфные металлические сплавы (АМС), пополнившие недавно семейство аморфных материалов, обладают рядом замечательных физических свойств, которые определяются особенностями их неравновесной или метастабпльной структуры. АМС отличаются от кристаллических сплавов не только отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, но и более широким набором неэквивалентных атомных состояний, обусловленных флуктуациями ближнего порядка. К настоящему времени выдвинуто несколько моделей строения АМС, отличающихся исходными посылками, степенью полноты и детализации. Однако вопрос об истинном строении АМС остается открытым.
Можно выделить три типа взаимосвязанных условий: термодинамические, кинетические и технологические, определяющие склонность сплавов к переходу в аморфное состояние и их структуру в этом состоянии. К термодинамическим параметрам отпосятся температура пла-влепия, изменение свободной энергии расплава и всех фаз ( стабильных и метастабильных), фактически и потенциально участвующих в процессе затвердевания. К кинетическим параметрам - вязкость расплава, температура стеклования и т.д. Эти параметры связаны с энергетическими характеристиками системы: силой связей, их направленностью и т.д. Наконец, технологическими параметрами, точно или частично контролируемыми в процессе эксперимента, являются скорость охлаждения, степень переохлаждения, скорость гетерогенного зарождения, зависящая от чистоты расплава и характера поверхности, на которой производится закалка. Однако в тени остается вопрос о роли структурного состояния расплава в формировании аморфної! ленты.
При исследовании свойств и структуры расплавов часто фиксируются признаки их микронеоднородного строения. Одна из оправданных моделей строения расплавов - коллоидная, согласно которой в обширном интервале температур расплав может существовать в виде микроэмульсии метастабильных частиц с большим временем жизни. Фактором, стабилизирующим частицы в такой системе, является межфазное натяжение на их границах. Практически не исследованным остается вопрос о влиянии микрогетерогенности расплава на структуру закаленного из него аморфного сплава. Не изучена возможность формирования термодинамически более устойчивого АМС из расплава, находящегося в
состоянии пстшшого раствора.
Изучение влияния структуры расплава на структуру формирующегося нз него ЛМС даст возможность не только объяснить интересный набор физических свойств последнего, но п синтезировать АМС с заданной структурой, а, значит, и свойствами.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния структурного состояния расплава на структурное состояние и широкий набор структурно чувствительных свойств ЛМС, полученного из него, на примере широко известных систем типа металл-металлоид.
Цель работы. Исследовать влияние структурного состояния расплава на структуру и физические свойства формирующегося из него аморфного объекта; подобрать модель мпкропеоднородности, удовлетворительно описывающую полученные результаты; разработать рекомендации по технологическим режимам получения аморфных лент, которые предполагают минимальный перегрев расплава, приводящий к существенному улучшению физических и эксплуатационных свойств ЛМС. Для ее достижения былп решены следующие задачи:
-
Изучить температурные зависимости поверхностного натяжения и вязкостп ряда аморфизующихся расплавов ( модельных и промышленных ).
-
Интерпретировать полученные экспериментальные результаты в рамках одной из моделей мпкронеоднородности расплавов.
-
Выбрать режимы получения аморфцых лент, исходя из условия нахождения того минимального перегрева расплава, который позволил бы получить ощутимые различия в структуре аморфных лент.
-
Исследовать широкий набор физико-химических свойств лент, приготовленных из расплавов с различной степенью микронеоднородности.
-
Дать практические рекомендации по получению лент с повышенными служебными характеристиками.
Научная новизна.
-
Впервые измерены температурные зависимости поверхностного натяжения и вязкости ряда трех- и многокомпонентных аморфпзующихся сплавов; уточнены имеющиеся данные по поверхностному натяжению и вязкостп расплавов Fc^B\^, и Ni%iP\q.
-
Во всех исследованных системах обнаружено ветвление температурных зависимостей свойств, полученных при нагреве и последующем
охлаждении, свидетельствующее о необратимых структурных изменениях в аморфизующихся расплавах, а также их аномальное поведение ниже точек ветвления, указывающее на наличие структурных перестроек в микронеоднородных расплавах. По полученным результатам определены характерные температуры, перегрев выше которых приводит к изменению структурного состояния расплавов.
-
На примере бинарной системы Fe-B показано, что полученные экспериментальные результаты могут быть интерпретированы с позиций коллопдной модели строения АМС.
-
В рамках градиентного приближения Кана-Хиллиарда рассчитаны наиболее вероятные размеры дисперсных частиц в расплаве Fc^Bis, наследуемых аморфной лентой.
-
Эти характерные температурім легли в основу разработки режимов получения аморфных лент с повышенными физическими и эксплуатационными свойствами.
Практическая ценность.
-
Результаты измерении поверхностного натяжения и вязкости расплавов Fe85Blb, NxsiPiq, Fe^CoxB15, где х = 12, 21, 30, 42.5, G4, 80 ат.%, а также промышленных сплавов FeTs.sNbsCuiSiu^Bg, Fe^NbijCuiSiisBs, Fe7o,5Nb4)5CuiSii6B8 могут быть использованы для совершенствования режимов получения аморфных лент.
-
Информация о полученных автором магнитных, электрохимических, механических свойствах и термической стабильности АМС идентичного состава, отличающихся различными режимами получения, может лечь в основу технологии получения промышленных АМС с заданными свойствами.
-
Полученные в работе температурные зависимости поверхностного натяжения и вязкости сплавов системы Fe-Co-B могут быть использованы в качестве справочных данных.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены па следующих конференциях и семинарах:
российский семинар "Структурная наследственность в процессах сверхбыстрой закалки расплавов" ( Ижевск, 1995);
7 Международный семинар " Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" ( Екатеринбург, УрО РАН, 1996);
9th International Conference on Rapid Quenched Alloys RQ-9 ( Брати-
слава, 1996);
5th International Conference on Quasicrystals QC-5 ( Авиньон, 1995).
Публпкацпл. По материалам диссертации опубликовано 9 статей и тезисов докладов.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения п библиографического списка, (124 источника). Она содержит 146 страниц машинописного текста, 35 рисунков и 20 таблиц.