Физика металлов и металловедение

Nanosize Alloying in Metallic Films

Tuleushev A. Zh., Tuleushev Yu. Zh., Volodin V.N.

Для полученных при магнетронном формировании пленочных систем из короткопериодных слоев Nb-Sn и Nb-Al проведено исследование фазовых состояний и структурного состава в широком интервале температур и концентраций компонентов. Наблюдаемое при уменьшении толщины короткопериодных слоев компонентов образование первичных твердых растворов высокой концентрации на основе ниобия объясняется процессом смешения при слиянии спонтанно плавящихся вследствие термофлуктуационных процессов малых частиц разных фаз - наноразмерным аналогом легирования при сплавлении компонентов. Построены модифицированные фазовые диаграммы систем в интервале концентраций олова до 25.5 ат. % и алюминия до 32.2 ат. %. В указанных интервалах полученные наноразмерным легированием твердые растворы термически устойчивы до температурного порога начала реакции интерметаллизации. В системе ниобий-алюминий перед переходом отдельных слоев металлов в твердый раствор наблюдается образование когерентных сверхрешеток фаз, при этом параметр a новой обобщенной решетки близок к удвоенному параметру решетки алюминия, а параметр с - к удвоенному параметру решетки ниобия. Высказано предположение, что качественный сдвиг в сторону роста растворимости компонентов указывает на более глубокий характер перемешивания компонентов при наноразмерном легировании, чем это имеет место при перемешивании плавлением.

ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ

МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ НАВОДОРОЖЕННЫХ МЕТАЛЛОВ V ГРУППЫ

ПЕЩЕРЕНКО М.П., РУСАКОВ В.В., РАЙХЕР Ю.Л.

Выдвинута гипотеза о том, что особенности термодеформационного поведения сплавов металл V группы-водород обусловлены ориентационно-упругим взаимодействием водородных кластеров, образующихся в матрице металла. Предложена модель, описывающая влияние ориентационного упорядочения кластеров на макроскопические деформации образца наводороженного металла при изменении температуры и внешней нагрузки. Результаты расчета сопоставлены с экспериментальными данными.

ВЛИЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО БОРИДА НИКЕЛЯ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NI 3А1, ЛЕГИРОВАННОГО БОРОМ

ПЕРЕВАЛОВА О.Б., ОВЧАРЕНКО В.Е., ИГОНИН Н.Г.

Методами просвечивающей дифракционной электронной и оптической микроскопии, микрорент-геноспектрального анализа исследованы микроструктура, локальные отклонения от стехиометрии, параметры зеренной структуры, энергия границ разного типа и механические свойства в зависимости от концентрации бора в Ni 3А1 с содержанием алюминия 24 ат. %, полученного методом саморас-пространяющегося высокотемпературного синтеза. Установлено, что концентрация бора 0.5 ат. % наиболее оптимальна для механических свойств сплава, а именно, предела текучести, прочности и пластичности. Все зерна представляют собой монодомены с хаотически распределенными дислокациями. На границах зерен и дислокациях выделяется нанокристаллическая фаза Ni 3B. Получены распределения локальных отклонений от стехиометрии в теле зерен и вблизи границ разного типа. В теле зерен и вблизи границ специального типа наиболее вероятные значения концентрации никеля больше стехиометрической концентрации, вблизи границ общего типа - меньше стехиометриче-ской концентрации. Увеличение средней энергии границ СТ свидетельствует об увеличении энергий дефекта упаковки и антифазных границ. При пластической деформации внутризеренное упрочнение в отличие от нелегированного Ni 3А1 дополнительно обусловлено твердым раствором бора в кристаллической решетке и наличием нанокристаллической фазы Ni 3В на дислокациях и границах зерен. Отклонение от стехиометрии вблизи границ зерен с одной стороны должно приводить к торможению сдвига в приграничной области, а с другой - к уменьшению параметра порядка кристаллической решетки вблизи границ зерен и повышению их дефектности, что, вероятно, является причиной уменьшения сопротивления границ зерен пластическому сдвигу.

СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СУЛЬФИДОВ В ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СТАЛИ

ГЛЕБОВ А.Г., КУЗЬКО Е.И., ПАНТЕЛЕЕВ Г.В., ШТРЕМЕЛЬ М.А.

Для 21 плавки мартеновской стали с 0.008-0.022% S из металлографических измерений найдено кумулятивное распределение сульфидов крупнее 2 мкм: P(x) = P 0x -(a + blogx). Оно не сводится ни к логарифмически нормальному (для которого а = 0), ни к распределению Парето (соответствующему b = 0). Каждый сульфид крупнее, чем 14-33 мкм, давал пятно серного отпечатка, диаметр которого превышает длину сульфида под ним вдвое и более. Трети пятен (наиболее крупных) соответствуют группы сульфидов. Из координат пятен вычислимы характеристики неоднородности размещения крупных сульфидов: макро- по толщине листа и мезо- их “отталкивания” и объединения в цепочки.

КИНЕТИКА МЕХАНИЧЕСКОГО СПЛАВЛЕНИЯ В НЕСМЕШИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЕ CU 50CR 50

ЧЕРДЫНЦЕВ В.В., КАЛОШКИН С.Д., СЕРДЮКОВ В.Н., ТОМИЛИН И.А., ШЕЛЕХОВ Е.В.

Кинетика механического сплавления для состава Cu50Cr50 исследовалась методом рентгеноструктурного анализа. Определены зависимости фазового состава и параметров структуры (микродеформации, диаметров блоков), периодов кристаллических решеток от времени и условий механообработки. Длительная механообработка приводит к установлению стационарного состояния, соответствующего достижению постоянства фазового состава и параметров структуры. Растворимость меди в твердом растворе на основе хрома не превышает 30 ат. %. Показано, что увеличение температуры процесса механосплавления затрудняет образование пересыщенных твердых растворов в системе Cu-Cr. Характер превращений при механическом сплавлении обсуждается на основе представлений о термодинамических движущих силах происходящих процессов. Показаны термодинамические ограничения взаимной растворимости компонентов в системе Cu-Cr при механическом сплавлении. Результаты сопоставлены с полученными ранее для системы Fe-Cu, для которой подобного термодинамического ограничения взаимной растворимости компонентов при механическом сплавлении нет.

ДЕФЕКТНАЯ СТРУКТУРА СТАЛИ 12X18H10T, ПОДВЕРГНУТОЙ ОБЛУЧЕНИЮ ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОКАМИ И ДЕФОРМИРОВАНИЮ

МАКСИМКИН О.П., КАДЫРОВ Х.Г., ЦАЙ К.В., ЩЕРБИНИНА Н.В.

Проведено исследование методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) структурнофазовых изменений в приповерхностных слоях аустенитной нержавеющей стали 12X18H10T, подвергнутой облучению импульсными электронными потоками и дальнейшему деформированию путем одноосногорастяжения. Плотность мощности электронного потока варьировалась от 5 x 10 7 до 2.5 x 10 10 Вт/см 2, энергия электронов изменялась от 200 до 540 кэВ, длительность импульса 100 нс. Скорость одноосного деформирования облученных образцов составляла 0.5 мм/мин. На различных расстояниях от поверхности облучения были обнаружены дефектные структуры в виде фрагментации поверхностных слоев материала, ячеистой дислокационной структуры и мартенситной фазы с различной морфологией.

ОСОБЕННОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПАРАМАГНЕТИЗМА КВАЗИКРИСТАЛЛОВ ALCUFE

ЩЕГОЛИХИНА Н.И., КУЗЬМИН Н.Ю., ПРЕКУЛ А.Ф.

Исследованы магнитные свойства квазикристаллического сплава Al 62Cu 25.5Fe 12.5 на разных стадиях структурной релаксации, получаемых термообработкой - от быстро закаленного неупорядоченного сплава до однофазного квазикристалла. Определены концентрации магнитоактивных атомов железа - парамагнитных - из константы Кюри (С CW) в аппроксимациях кривых магнитной восприимчивости законом Кюри-Вейсса и магнитоупорядоченных - из спонтанной намагниченности I S. Показано, что изменения этих концентраций при структурном упорядочении коррелируют с изменением остаточной проводимости σ 0, определяемой концентрацией свободных носителей. Сильная зависимость низкотемпературного парамагнетизма сплавов А1-Сu-Fe от структурного совершенства решетки обусловлена тем, что неспаренные спины на атомах железа возникают только при наличии локальных структурных искажений икосаэдрической фазы.

МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

ПЛОТНИКОВ В.С., ГРУДИН Б.Н., КИСЛЕНОК Е.Г.

Рассматриваются программно реализованные методы моделирования микроскопических изображений аморфных сплавов (АС). При моделировании изображений АС использовалась декомпозиция модельных изображений на ряд фрагментов, представляющих собой изображения нанокристаллов, кластеров, аморфной матрицы. Смоделированы высокоразрешающие электронно-микроскопические (ВРЭМ) изображения атомной структуры нанокристаллов γ-железа в АС. Разработан метод моделирования изображений атомных кластеров и длинноволновых неоднородностей, основанный на слоевом подходе и моделировании распределения неоднородностей электронного потенциала в слоях однородным случайным полем с задаваемой спектральной плотностью. С использованием данного подхода смоделированы ВРЭМ-изображения “решеточных” и “цепочечных” кластеров на фоне аморфной матрицы, а также электронно-микроскопические изображения длинноволновых микроструктур в АС.

АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ ТЕРМОУПРУГИХ МАРТЕНСИТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ ПОД НАГРУЗКОЙ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА

ПЛОТНИКОВ В.А., КОХАНЕНКО Д.В.

В сплаве на основе интерметаллического соединения никелида титана исследованы закономерности акустической эмиссии в циклах мартенситных превращений при механическом нагружении. Показано, что в основе закономерностей акустической эмиссии лежит базисное свойство - экспоненциальное снижение энергии акустического излучения до некоторого уровня насыщения в ходе многократных циклов мартенситных превращений. Кроме того, выявлен существенный рост энергии излучения в цикле мартенситных превращений при приложении механической нагрузки. Показана связь энергии излучения с процессом накопления обратимой и необратимой деформаций в цикле превращения. Наблюдаемые закономерности акустической эмиссии обусловлены пластической и динамической релаксацией энергии при мартенситных превращениях.

ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТРОЙНЫХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ NI 3А1

СТЕПАНОВА Н.Н., БЕЛАШ В.П., ЛЕПИХИН С.В., САВИН О.В., ЕЛОХИНА Л.В., ТЯГУНОВ Г.В., АКШЕНЦЕВ Ю.Н.

Обобщение результатов металлографических, электронно-микроскопических и рентгеновских исследований в сочетании с данными дифференциально-термического анализа (ДТА) позволило установить общие закономерности в последовательности фазовых и структурных превращений, приводящих к формированию однофазного γ'-состояния в ходе кристаллизации и последующего охлаждения тройных сплавов на основе интерметаллического соединения Ni 3А1 в зависимости от типа замещения, присущего данному легирующему элементу в пределах области гомогенности γ'-фазы. Установлена корреляция между типом замещения, предпочтительным для данного легирующего переходного элемента, и охарактеризовать шириной d-зоны W d на шкале энергий. Атомы переходных элементов с выраженной локализацией замещают при легировании позиции никеля. Чем более делокализованы d-электроны, тем более для данного переходного элемента выражена способность к замещению позиций алюминия.

ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТРОЙНЫХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ NI 3AL ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОМ

ЛЕПИХИН С.В., СТЕПАНОВА Н.Н., АКШЕНЦЕВ Ю.Н., САЗОНОВА В.А., ТЯГУНОВ Г.В.

На основе результатов структурных исследований и данных дифференциально-термического анализа установлены закономерности в изменениях характера кристаллизации тройных сплавов на основе интерметаллического соединения Ni 3А1, легированных железом. Построены схема фазового состава сплавов системы Ni 3А1-Fе при температуре солидуса в пределах области гомогенности γ-фазы и изотермический разрез участка тройной диаграммы состояния при 1290°С, а также политермический разрез по линии Ni 3А1 → Ni 3(А1, Fе) до 7 ат. % Fе.

РАСЧЕТ ЭНЕРГИИ СМЕШЕНИЯ СПЛАВОВ FE-CR ПЕРВОПРИНЦИПНЫМИ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

МИРЗОЕВ А.А., ЯЛАЛОВ М.М., МИРЗАЕВ Д.А.

Рассмотрены зависимости средних магнитных моментов на атом и энергии смешения сплава от концентрации хрома в твердом растворе замещения железа. Сделана попытка объяснить аномальное поведение характеристик сплавов (ближнее упорядочение, точка Кюри, электросопротивление, параметр кристаллической решетки) при очень малых концентрациях хрома (менее 10 ат. %). Появление атома хрома вызывает возмущение магнитной структуры в обширной зоне решетки α-железа, окружающей атом. Образуется некий кластер, сильно отличающийся по свойствам от чистого вещества. При увеличении концентрации зоны магнитного возмущения в решетке железа начинают перекрываться, что приводит к области х Cr > 0.03 к уменьшению энергии взаимодействия хром-железо. При дальнейшем росте концентрации хрома параметры взаимодействия мало зависят от концентрации.

МОРФОЛОГИЯ И СОСТАВ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК НА ПОВЕРХНОСТИ БЫСТРОЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ ПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯ

ЛИКУТИН В.В., КРАЙНИКОВ А.В., ТОМПСОН ДЖ. Э.

Методами оже-электронной спектроскопии и просвечивающей микроскопии исследованы морфология и химический состав поверхности быстрозакаленных порошков сплавов Al-Mg-Cu-Si-Mn и Al-Fe-Cr, полученных распылением водой высокого давления. Показано, что поверхность порошков покрыта слоем оксида неравномерной толщины, состоящего из трехмерных оксидных островков, покрывающих часть поверхности частицы, и тонкой оксидной пленки, растущей между островками. Величина покрытия является сложной функцией внешних параметров (условий распыления и химического состава порошка), тогда как толщина тонкой пленки варьируется в пределах 1.8-2.1 монослоя для всех порошков. Порошки системы Al-Fe-Cr существенно менее окислены, чем порошки системы Al-Mg-Cu-Si-Mn, что выражается в меньшем покрытии поверхности островками и обусловлено участием магния в образования оксидной пленки.