Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Композиционный ближний порядок в аморфных и жидких сплавах

13.01.2019


Определение КБП


Поскольку все аморфные металлические материалы, стабильные при комнатной температуре, являются сплавами, характер взаимного расположения атомов различных компонентов — один из важнейших параметров системы. В большинстве случаев совершенно хаотичный характер расположения атомов различного сорта не реализуется, и химический состав вокруг атомов каждого из компонентов сплава отличается от среднего. Ясно, что система в таком случае имеет КБП. Поскольку влияние КБП на исследуемые нами свойства ограничивается в большинстве случаев первой координационной сферой, наиболее простой способ определения КБП заключается в использовании в качестве параметра отклонения состава ближайших соседей от среднего состава сплава, который для бинарной системы (А—В) представляет собой следующее выражение:

где Zав (a, в=AB) — число p-координации а-атомов, Cа — концентрация а и — общее координационное число.

Этот параметр известен как параметр ближнего порядка Уоррена—Каули, и ом прекрасно характеризует меру химического сродства. Однако для определения этого параметра и для проведения более сложных исследований мы вынуждены вычислять КБП в зависимости от расстояния между атомами. Подобная процедура лучше всего осуществима с помощью функций атомных парных корреляций флуктуации состава, использованных Бхатина и Торнтоном в виде:

Здесь rij — расстояние между i-тым и j-тым атомами и

Аналогичным образом определена и величина njв. Эти параметры, однако, являются ненаправленными, хотя для некоторых свойств аморфных сплавов (например, магнитной анизотропии) мы вынуждены вводить направленный КБП. Метод учета направленности еще не установлен, но параметр

может служить этой цели. [В уравнении (6.4) ZА — общее координационное число атомов А, аА — среднее расстояние между атомами в первой координационной сфере вокруг атома А и Ylm — сферические гармоники]. Уравнение (6.4) является непосредственным продолжением уравнения (6.1) и ар можно приблизительно представить в виде:

Величина может быть в принципе определена, если можно рассчитать рCC(r) для всех направлений с помощью уравнения (6.2).

Таким образом, КБП системы может быть однозначно определен. Однако, к сожалению, экспериментальное установление этих параметров является очень сложной задачей. В отличие от жидких сплавов, по которым выполнено достаточно большое число работ, для аморфных сплавов предпринято относительно мало попыток подобных исследований. Следует отметить работы, выполненные с помощью дифракции нейтронов с использованием методики изотопного замещения, рентгеновской дифракции с применением эффектов аномальной дисперсии или с использованием изоморфного замещения, при совмещении результатов дифракции нейтронов и рентгеновских лучей, а также с помощью метода EXAFS. Кроме того, точность этих измерений еще недостаточно высока, чтобы охарактеризовать физические и химические свойства в рамках измерения КБП. Имеются, правда, отдельные исключения. Однако на основании подробного изучения концентрационных зависимостей можно предполагать, что некоторые изменения свойств аморфных сплавов, обусловленные термической обработкой или пластической деформацией, связаны с КБП. Мы обсудим ниже два таких случая, а именно, изменения температуры Кюри и наведенной магнитной анизотропии.

Температура Кюри и КБП


В результате интенсивных исследований магнитных свойств аморфных сплавов, начатых в 1974—1975 гг., было показано, что температура Кюри Tс ферромагнитных аморфных сплавов не является постоянной величиной и чувствительна к термической обработке. Типичные данные, показывающие изменение Tс с температурой отжига, показаны на рис. 6.1. Хотя характер изменения Tс для аморфных сплавов на основе Fe—Ni и Fe—Cr противоположен, представленные зависимости воссоздают в принципе одно и то же явление. Эксперименты с изотермическими отжигами показали, что ATс не доходит до насыщения ниже температуры, при которой |АТс| имеет максимальное значение на рис. 6.1, но доходит до насыщения выше этой температуры. Следовательно, мы можем предполагать, что подобное поведение является результатом последовательного протекания двух зависящих от температуры процессов. Это, с одной стороны, зависящее от температуры изменение равновесного значения Tс, которое схематично показано на рис. 6.1 пунктирной линией, и, с другой стороны, зависящая от нее же кинетическая составляющая, ускоряющаяся при высоких температурах, и определяющаяся постоянной времени, которая подчиняется закону Аррениуса с широким распределением энергии активации. Тот факт, что Tc достигает насыщения при высокой температуре, легко можно установить с помощью почти полной обратимости Tс при циклических отжигах.

Температурную зависимость равновесного значения Tс лучше всего можно объяснить с позиций изменений КБП. В общем случае равновесный КБП системы зависит от температуры и снижается по мере ее роста вследствие энтропийного фактора.

В магнитных сплавах изменение КБП вокруг магнитных ионов будет вызывать изменение Tс. В сплавах Fe—Ni близкий контакт атомов Fe и Ni будет повышать Tс, а в сплавах Fe-Cr контакт атомов Fe и Cr понижать Tс. Такие изменения КБП не должны включать в себя диффузионные индивидуальные перескоки атомов, а осуществляться путем коллективных атомных перестроек, которые будут описаны ниже.

Наведенная полем магнитная анизотропия


Поскольку аморфная структура сама по себе является макроскопически изотропной, магнитные аморфные сплавы не должны иметь внутренне обусловленной магнитной анизотропии. Однако, если сплав отжечь в магнитном поле, в нем развивается макроскопическая магнитная анизотропия. Это явление также характеризуется зависящими от температуры величиной насыщения Ku(бесконечность) и кинетикой достижения насыщения Ku(t)/Ku(бесконечность). Типичные примеры этих температурных зависимостей, полученных в работе, показаны на рис. 6.2 и 6.3. Кинетика этого явления почти аналогична той, которая имеется для АTc. Наведенная полем анизотропия — хорошо известное для кристаллических материалов явление, которое объясняется в рамках модели направленного КБП магнитных ионов. Представляется логичным, что такой же механизм может объяснить основные эффекты наведенной анизотропии и в аморфных сплавах, о чем свидетельствуют имеющиеся зависимости от состава сплавов. Тем не менее прямые измерения с помощью дифракционных методов анизотропного КБП, определяемого уравнением (6.4), невозможны, так как структурная анизотропия слишком мала. Эта наведенная анизотропия очень важна для практического применения, поскольку она определяет магнитную проницаемость, эффекты магнитного последействия и в некоторых случаях магнитные потери в магнитных аморфных сплавах.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: