Введение к работе
з .
Актуальность темы диссертационной работы обусловлена тем, что железо и никель широко используются в современной индустрии, в частности, для изготовления сталей. Известно, что никель придает стали твердость,-коррозионную стойкость, высокие магнитные свойства и др. Он является одной из основных легирующих добавок к нержавеющей стали. Свойство нержавения стали осуществляется при существенном содержании никеля (~ 10ат.%). Также известно, что при образовании разбавленных твердых растворов для ряда систем вблизи чистого компонента возникают области с «аномальными» свойствами, которые проявляются в возникновении экстремумов на зависимостях состав-свойство. Не исключено, что повышение коррозионной стойкости железа может происходить и при сравнительно небольших добавках никеля.
С научной точки зрения выбранная система интересна тем, что позволяет расширить представления о взаимодействии двух металлов, тем более, что железо и никель - переходные металлы (относятся к d-элементам) и характеризуются близкими значениями атомных радиусов, близостью кристаллохимического строения и одинаковым типом химической связи. Все это позволяет получить твердые растворы замещения и использовать модель кластерообразования для объяснения их "особых" свойств, вблизи чистых компонентов.
На современном этапе развития химии твердого тела наиболее перспективным является исследование материалов, находящихся в тонкопленочном состоянии. С одной стороны, это обусловлено требованием современных технологий, а, с другой стороны, именно тонкопленочное состояние открывает возможности для более корректного исследования свойств твердых растворов, так как в тонких пленках значительно более просто достичь однородности и однофазности исследуемых объектов.
Таким образом, тема диссертационной работы характеризуется высокой степенью актуальности.
Цель работы. Синтез и исследование физико-химических свойств тонких пленок разбавленных твердых растворов железо-никель вблизи чистых компонентов, как со стороны железа, так и со стороны никеля. Для достижения этой цели были сформулированы и решены следующие задачи: - синтез однородных тонких пленок разбавленных твердых растворов в системе
железо-никель в области составов вблизи чистых компонентові
f ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ( БИБЛИОТЕКА {
изучение физических и физико-химических свойств полученных пленок;
исследования процессов оксидирования тонких пленок FexNii.x и NixFej.x (0,15 х57 ат.%);
- интерпретация результатов на основе модели кластерообразования.
Научная новизназаключаетсявтом, что:
впервые магнетронным способом сформированы тонкие пленки разбавленных твердых растворов в .системе железо-никель в интервале концентраций второго компонента 0,1-7ат.% на мснокристаллическом кремнии;
экспериментально установлены области концентраций второго компонента, в которых твердые растворы проявляют "аномальные" свойства, заключающиеся в существовании локальных экстремумов на зависимостях состав-свойство;
впервые экспериментально исследована кинетика оксидирования тонких пленок разбавленных твердых растворов железо-никель. Обнаружено, что в разбавленных твердых растворах Fe-Ni, соответствующих "аномальным" областям, наблюдаются изменения скорости роста оксида и существенно изменение эффективной энергии активации процесса. Предложена теоретическая интерпретация наблюдаемых явлений в рамках транспортной модели формирования оксидов;
полученные экспериментальные результаты объяснены на основе модели формирования разбавленных твердых растворов, учитывающей процессы образования малочастичных примесных кластеров.
Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в возможности управления коррозионными свойствами тонких металлических пленок за счет введения малых добавок второго металла.
Достоверность результатов работы подтверждается применением в работе современных методов исследования, многократным повторением экспериментов и высокой степенью воспроизводимости результатов.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
- Методика формирования тонких пленок разбавленных твердых растворов на
основе железа и никеля, основанная на использовании магнетронного метода,
позволяющая получать тонкие пленки, характеризующиеся высокой
степенью однородности сразу после напыления и не требующие дополнительного гомогонезирующего отжига.
На основании исследования оптических, электрофизических свойств и кристаллической структуры тонких пленок разбавленных твердых растворов Fe-Ni установлено, что при содержании концентрации второго компонента около 1ат.% существуют локальные экстремумы на зависимостях состав-свойство.
Скорость оксидирования и эффективная энергия активации разбавленных твердых растворов Fe-Ni при содержании второго компонента, соответствующего "аномальным" областям, существенно изменяются, что связано с влиянием примеси второго компонента на процесс массопереноса ионов металла в реакционную область.
- Возникновение локальных экстремумов на зависимостях состав-свойство для
тонких пленок разбавленных твердых растворов Fe-Ni может быть адекватно
объяснено взаимодействием атомов примеси с собственными точечными
дефектами кристалла и формированием малочастичных кластеров.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены и доложены на К Национальной конференции по росту кристаллов (НКРК-2000) (Москва, 2000); 4 Internatinal Conference Single Cristal Growth, Strength Problems and Heat Mass Transfer (ICSC-01) (Obninsk, 2001).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 9 публикациях, в том числе 7 статей опубликовано в рецензируемых научных журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 96 наименований, а также из приложений. Работа изложена на 174 страницах основного текста, иллюстрирована 78 рисунками и содержит 33 таблицы.
