|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
аморфной структуры в состав сплавов вводят специальные легирую-
щие элементы — аморфизаторы в количестве до 30 %. В качестве амор-
физаторов обычно используют B, C, Cr, N и др. Другой подход связан
с выбором сплавов, имеющих определенную базовую эвтектику, ко-
торая образуется при взаимодействии ряда фаз–аморфизаторов. Дан-
ные фазы легируют с целью понизить температуру плавления и пода-
вить образование зародышей кристаллов при затвердевании сплава.
Этот подход позволяет получать кроме микроизделий (ленты, фоль-
ги, проволоки) также и объемные материалы толщиной до 10 мм.
Аморфное состояние сплавов является метастабильным, поэтому
после аморфизации часто проводят отжиг, в процессе которого ча-
стично происходит переход к более стабильному состоянию. Одна-
ко метастабильность остается, и при нагреве от 0.4 до 0.65
Т
пл
мате-
риал переходит в кристаллическое состояние. В связи с этим наряду
с аморфным большой интерес стал появляться и к нанокристалличе-
скому состоянию аморфизирующихся сплавов. В ряде случаев для по-
лучения аморфного состояния проводят предварительную обработку
(например, высокоскоростную закалку) заготовок, а такие заготовки
часто называют прекурсорами.
Для ряда объемно-аморфизирующихся сплавов, например для
сплавов на основе железа, возможно получение нанокристалличе-
ской или аморфно-нанокристаллической структуры непосредственно
при закалке расплава со скоростью охлаждения немного ниже кри-
тической скорости образования аморфного состояния. Однако для
большинства сплавов при таком подходе получается неоднородная
нестабильная структура. Поэтому, как правило, для получения на-
ноструктуры используется контролируемая кристаллизация сплавов
из аморфного состояния при термообработке. В качестве перспек-
тивы рассматривается получение нанокристаллической структуры
путем инициации процессов кристаллизации в процессе деформи-
рования аморфного материала. Аморфные металлические сплавы
получают с помощью быстрого (со скоростью, большей или равной
10
6
K/ с) охлаждения расплава на поверхности вращающегося диска
или барабана. Этот метод называется
спиннингованием
. Для соз-
дания наноструктуры проводится отжиг. Отжиг проводится так, что-
бы возникало большое число центров кристаллизации, а скорость
роста кристаллов была низкой.
115
2.5. Кристаллизация аморфных сплавов
Как пример можно рассмотреть аморфный магнитожесткий сплав
Fe
90
Zr
7
B
3
. Аморфный сплав с таким химическим составом был получен
спиннингованием и затем подвергнут релаксационному отжигу при
температуре 673 K в течение 2 ч. Для формирования нанокристалли-
ческой структуры аморфный сплав был дополнительно отожжен при
температуре 873 K в вакууме 10
–5
Па в течение 1 ч. Размер зерен кри-
сталлической ОЦК фазы
α
-Fe (Zr), выделившихся в аморфной матри-
це, был определен с помощью электронной микроскопии высокого
разрешения и составляет около 10 нм. Исследователи большое вни-
мание уделили изучению структуры аморфной матрицы, в которую
вкраплены наночастицы
α
-Fe. В частности, в процессе исследования
атомной структуры матрицы с помощью современных методов элек-
тронно-позитронной аннигиляции обнаружено в ней повышенное со-
держание атомов циркония, концентрирующихся в местах зарожде-
ния зерен ОЦК фазы
α
-Fe (Zr).
Кристаллизация аморфных сплавов особенно активно изучается
в связи с возможностью создания нанокристаллических ферромагнит-
ных сплавов систем Fe-Cu-M-Si-B (где M = Nb, Ta, W, Mo, Zr), имею-
щих очень низкую коэрцитивную силу и высокую магнитную прони-
цаемость, т. е. магнитомягких материалов. На основе изучения тонких
пленок сплава Ni-Fe было показано, что мягкие магнитные свойства
улучшаются при уменьшении эффективной магнитокристаллической
анизотропии. Этого можно достичь, если увеличить число зерен, уча-
ствующих в обменном взаимодействии в тонких магнитных пленках.
Иначе говоря, уменьшение размера приводит к росту обменного вза-
имодействия, уменьшению магнитокристаллической анизотропии
и тем самым к улучшению мягких магнитных свойств. Позднее эта
идея была реализована экспериментально путем направленной кри-
сталлизации многокомпонентных аморфных сплавов.
Мягкими магнитными материалами являются Si-содержащие ста-
ли, поэтому первоначальные попытки улучшения мягких магнитных
свойств путем кристаллизации аморфных сплавов были выполнены
на сплавах системы Fe-Si-B с добавками меди, но получить в этой си-
стеме сплавы с нанокристаллической структурой не удалось. Только
введение в аморфный сплав Fe-Si-B помимо Cu добавок переходных
металлов IV–VII групп позволило в результате кристаллизации полу-
чить наноструктуру. Кристаллизация аморфных сплавов Fe-Cu-Nb-
116
Do'stlaringiz bilan baham: |
