Физика металлов и металловедение

МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ И СТРУКТУРА ИНТЕРФЕЙСОВ НА АТОМНОМ МАСШТАБЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМАХ

УЗДИН В.М.

Построена микроскопическая модель образования сплава на интерфейсе, учитывающая обмен атомов с атомами подложки и всплывание последних в верхние слои в процессе эпитаксиального роста. Самосогласованные расчеты атомных магнитных моментов получающихся при этом пространственно-неоднородных структур используются при интерпретации данных мессбауэровской спектроскопии. Предложенный сценарий перемешивания приводит к появлению выделенного направления в образце и асимметрии интерфейсов в направлении эпитаксиального роста. В многослойных системах М1/M2(М1,2 = Fe, Cr, V, Sn, Ag) эта асимметрия позволяет понять различие магнитного поведения интерфейсов M1 на M2 и M2 на M1, наблюдаемое экспериментально. Корреляция между рассчитанными распределениями магнитных моментов и измеренными распределениями сверхтонких полей на атомах железа подтверждает предположение об их пропорциональности для широкого класса металлических многослойных систем. Однако линейное уменьшение сверхтонких полей на ядрах 57Fe с числом атомов примеси среди ближайших и вторых соседей не подтверждается для систем Fe/Cr, хотя и справедливо в сверхрешетках Fe/V. В многослойных системах Fe/Cr экспериментально измеренная величина магнетосопротивления растет с долей “всплывших” атомов 57Fe. Таким образом, объемное рассеяние на атомах примеси дает основной вклад в эффект гигантского магнетосопротивления. Рассмотрен вопрос о влиянии перемешивания и адсорбции водорода в слоях ванадия на состояние волны спиновой плотности в сверхрешетках V/Cr.

МЕССБАУЭРОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

РУСАКОВ В.С., КАДЫРЖАНОВ К.К., ТУРКЕБАЕВ Т.Э.

Методами мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe с привлечением данных рентгеновского фазового анализа исследованы слоистые системы Fe(5 мкм)–Zr(2 мкм) и Fe0.966Ti0.034(13 мкм)–Ti(1 мкм)–57Fe(0.8 мкм), полученные методом ионно-плазменного осаждения и подвергнутые последовательным изотермическим отжигам при Т = 900°С и Т = 650°С соответственно. Установлено относительное содержание образующихся фаз, формирующихся в системах на каждом из этапов отжигов, определена последовательность и изучена кинетика фазовых превращений. Для обеих исследованных систем наблюдается термическая стабилизация неоднородного по глубине структурно-фазового состояния.

МЕССБАУЭРОВСКИЙ АНАЛИЗ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ И ДАВЛЕНИИ

ШАБАШОВ В.А., КОРШУНОВ Л.Г., ЗАМАТОВСКИЙ А.Е., ЛИТВИНОВ А.В.

Сильная пластическая деформация стали Гадфильда (фрикционное воздействие, сдвиг под давлением, напиливание, прокатка) приводит к росту внутреннего эффективного поля на ядрах 57Fe, снятию магнитного вырождения в спектрах и затягиванию парапроцесса вплоть до комнатной температуры. В мессбауэровском спектре стали Гадфильда 120Г13 in situ при квазигидростатическом сжатии до 26 ГПа обнаружено обратимое формирование сверхтонкой структуры, предположительно связанное с магнитным упорядочением. Наблюдаемый рост магнитных характеристик при деформации и высоком давлении объясняется деформационно-индуцированным перераспределением углерода с образованием ближнего упорядочения углерода и марганца.

ПРЕДИСЛОВИЕ

МАГНИТНАЯ МИКРОСТРУКТУРА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ FE-ЗАМЕЩЕННЫХ КУПРАТОВ ТИПА 8-8-20

БАШКИРОВ Ш.Ш., ПАРФЁНОВ В.В., ЗАРИПОВА Л.Д., БОЛТАКОВА Н.В., ЧУПАХИНА Т.И.

Исследованы кристаллическая структура, магнитная микроструктура и электрические свойства купратов редкоземельных элементов с частичным замещением атомов редкоземельных элементов (РЗЭ) на стронций, а меди – на железо. Детальный анализ мессбауэровских спектров купратов позволил предположить, что при замене РЗЭ на стронций в железо-замещенных купратах неодима происходит перезарядка части катионов железа, а в купратах празеодима – лантаноида. Измерения электропроводности и термоэдс образцов подтвердили это предположение.

ВЛИЯНИЕ ГРАФИТА НА СТЕПЕНЬ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СТРУКТУРУ ПОРОШКА -FE В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕЛЬНИЦЕ

НАДУТОВ В.М., МОРДЮК Б.Н., ВОЛОСЕВИЧ П.Ю., СВИСТУНОВ Е.А., ПЕРИЖНЯК А.В.

Методами мессбауэровской спектроскопии, электронной микроскопии и металлографии изучено влияние углерода на диспергизацию частиц порошка -Fe в ультразвуковой мельнице в среде He. Показано, что присутствие графита в процессе обработки порошка железа Fe46C54 (ат.%) препятствует окислению железных частиц и способствует более значительному их измельчению по сравнению с чистым -Fe. Установлено, что частицы Fe в интервале размеров 80–1500 нм являются монокристаллическими, а элементы структуры с размерами меньше 25 нм отвечают графиту и оксидам железа (FeO и Fe3О4). Мессбауэровские исследования обработанного ультразвуком порошка чистого железа показали наличие в спектре компонент, относящихся к оксидам железа. В присутствии углерода обработка в ультразвуковой мельнице в течение 20 часов приводит к уширению линий спектра железа за счет растворения углерода, а обработка в течение 50 часов – к широкому распределению параметров сверхтонкой структуры спектров, указывающему на образование твердого раствора углерода в железе и формирование карбидной фазы.

НАПРАВЛЕННАЯ САМОДИФФУЗИЯ АТОМОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ

ГОДОВИКОВ С.К., ПОХОЛОК К.В.

Впервые наблюдалось направленное перераспределение атомов по положениям в структуре сложного металлического кристалла. Процесс инициируется импульсом электрического поля и носит колебательный и долговременный ( 0.5 года) характер.

ОСОБЕННОСТИ ИЗОМОРФИЗМА ИОНОВ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДНОМ СТАВРОЛИТЕ И АМФИБОЛЕ ПО ДАННЫМ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

ВОТЯКОВ С.Л., СУЕТИН В.П., МИРОНОВ А.Б.

Приведены результаты исследований методом мессбауэровской спектроскопии поведения ионов железа в минералах из контакта рудных тел и вмещающих габброидов Кусинского ильменит-магнетитового месторождения (Южный Урал) – амфиболе и ставролите. С использованием методики математического сужения резонансных линий и анализа функций распределения в многомерном пространстве сверхтонких параметров мессбауэровских спектров получены численные значения параметров отдельных ядерных состояний железа, которые могут рассматриваться в качестве эталонных для минералов этой группы. Данные по кусинским пробам сопоставлены с таковыми для природных (из метаморфитов) и синтетических ставролитов. Обосновано количество компонент в спектрах амфиболов и ставролитов и выявлены закономерные их изменения при увеличении степени окисления железа в этих минералах в околорудной зоне.

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ, ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ, МАГНИТНЫЕ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕХАНОАКТИВАЦИЕЙ В ОРГАНИЧЕСКИХ СРЕДАХ

ЛОМАЕВА С.Ф.

Дан обзор работ по исследованию процессов структурно-фазовых превращений, протекающих в железе при его механическом измельчении в присутствии жидких органических сред. Показано, что механоактивация металлов в присутствии органических сред приводит к формированию нанокристаллической структуры и сложного фазового состава, который определяется химической природой среды измельчения и может включать в различном соотношении -Fe, аморфные фазы, карбиды, оксиды и т.п. Варьируя составом среды и продолжительностью измельчения, а также температурой последующей термообработки, можно получать нанокристаллические системы с определенным структурно-фазовым составом, дисперсностью и набором термических, магнитных и коррозионных свойств. Показано, что для исследования процессов, протекающих в нанокристаллических материалах, в дополнение к методам анализа состава и структуры веществ на мезоскопическом уровне (электронная микроскопия, рентгеновская дифракция и т.п.) необходимо использовать методы, дающие информацию на уровне локального атомного окружения. В данной работе для систем на основе железа была использована мессбауэровская спектроскопия.

МЕССБАУЭРОВСКИЕ И МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОБЫЧНЫХ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ УПОРЯДОЧЕННЫХ ПО В2-ТИПУ FE–AL СПЛАВОВ

ВОРОНИНА Е.В., ЕЛСУКОВ Е.П., КОРОЛЕВ А.В., ЗАГАЙНОВ А.В., ЕЛСУКОВА А.Е.

В работе представлены экспериментальные данные мессбауэровских и магнитных измерений упорядоченного по В2-типу Fe65.9Al34.1 в зависимости от температуры и внешнего магнитного поля. Полученные результаты показывают, что основное магнитное состояние сплава не может быть отнесено ни к одному из известных типов магнитного упорядочения. Предложена модель локальных магнитных моментов, в которой амплитуда и знак локального магнитного момента определяются его локальным химическим окружением. Модель предполагает существование антипараллельных суммарной намагниченности сплава локальных магнитных моментов: магнитный момент атома Fe c 5 и более атомами Al в ближайшем окружении антипараллелен суммарной намагниченности. В рамках предложенной модели было получено количественное согласие рассчитанных и экспериментальных значений среднего магнитного момента атома Fe в сплаве. Показано, что в В2-сверхструктуре появляются магнитные неоднородности нанометрового масштаба, состоящие из параллельных и антипараллельных намагниченности магнитных моментов. Поведение магнитных и мессбауэровских параметров в зависимости от температуры и приложенного магнитного поля свидетельствует о коллективных флуктуациях магнитных моментов. Количество атомов Fe в таких флуктуирующих ансамблях, оцененное из данных по намагниченности, сравнимо с их количеством в магнитных неоднородностях.

ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ С РОСТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ

МИГЛЕРИНИ M., КАНЬУХ Т., ПАВУК М.

С использованием мессбауэровской спектроскопии исследованы структурные особенности сплава НАНОПЕРМ Fe91 - xMo8Cu1Bx, x = 12, 15 и 1 7. Снятые при комнатной температуре мессбауэровские спектры закаленных сплавов являются типичными для разупорядоченного состояния, однако рентгеновские дифрактограммы говорят о наличии фаз ОЦК Fe(Mo) и FeMo2B2, что впоследствии подтвердилось результатами мессбауэровской спектроскопии на конверсионных электронах. Различия между двумя поверхностями образцов, имеющих форму лент, обусловлены структурными особенностями. С точки зрения сверхтонких взаимодействий образец с x = 12 ат. % ведет себя как парамагнетик. С ростом x постепенно появляется вклад от ферромагнитных областей, что приводит к росту температуры магнитного упорядочения образцов в закаленном состоянии. Частично кристаллизованные образцы были получены отжигом начальных заготовок в течение одного часа в вакууме при температурах от 330 до 650°С. Температуры начала кристаллизации для образцов с x = 12, 15 и 17 ат. % составляют 430, 450 и 470°С, соответственно. В ходе первого этапа кристаллизации в сплаве формируются зерна ОЦК-фазы Fe(Mo) нанометрового размера. В работе также исследованы особенности поверхности исследуемых образцов методом атомной силовой микроскопии.

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛУЧЕННЫХ МЕХАНОСПЛАВЛЕНИЕМ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЬ И ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЕЦ

ЧЕРДЫНЦЕВ В.В., ПУСТОВ Л.Ю., КАЛОШКИН С.Д., ТОМИЛИН И.А., ШЕЛЕХОВ Е.В., ЛАПТЕВ А.И., БАЛДОХИН Ю.В., ЭСТРИН Э.И.

Сплавы составов Fe(100x)Mnх (х = 10, 12 ат. %) и Fe(100y)Niy (y = 18, 20 ат. %) приготовлены совместной механоактивацией порошков чистых металлов и отожжены в аустенитной области. После отжига и охлаждения до комнатной температуры сплавы имели однофазную аустенитную структуру. При деформации -фаза частично превращается в 2-фазу (и/или -фазу в сплавах Fe–Mn). Фазовый состав сплавов после деформации зависит от содержания легирующего элемента и режима отжига перед деформацией. Количество мартенсита в структуре объемного сплава, полученного компактированием порошка, растет пропорционально степени деформации образца.