Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Эвтектическая кристаллизация аморфных сплавов

16.01.2019


При больших переохлаждениях концентрационный интервал, в котором может наблюдаться эвтектический рост, в большинстве случаев велик, например, от 17 до 24% (ат.) В в сплаве Fe—В, и является, следовательно, распространенным механизмом распада в аморфных сплавах. Несмотря па это, он был детально исследован лишь па малом числе сплавов, и, как показано ниже, детали процесса роста еще полностью не поняты. Микроструктурные аспекты эвтектической кристаллизации хорошо изучены в большом числе работ, выполненных на аморфном сплаве Fe40Ni40P14B6. Переход в кристаллическое состояние происходит с помощью явно выраженного гомогенного зарождения и роста в аморфном матрице двухфазных бочкообразных кристаллов (рис. 9.4, 9.11 и 9.12), которые не меняют своей формы в процессе роста вплоть до соприкосновения с другими кристаллами. Подобная морфологическая особенность наблюдалась в температурном интервале 630—830 К, хотя имеются некоторые доказательства того, что она может измениться при изотермической кристаллизации в области более низких температур. Каждый кристалл содержит две тонкодисперсные кристаллические фазы: матричную фазу, которая может быть проидентифицирована как метастабильная тетрагональная фаза (Fe, Ni)3 (Р, В), изоморфная фаза Fe3P, и стержни Fe—Ni-аустенита, которые растут из центра кристалла в радиальных направлениях, как показано на рис. 9.12. Аустенитная фаза дополнительно содержит некую тонкую структуру, которую можно связать либо с микродвойниками, либо с микроинверсионными доменами. Две фазы имеют простое ориентационное соотношение 100(Fе, Ni)3(р, в)II 110 ауcтенит: 001тетраг II 112аустенит, таким образом, что ось с тетрагональной фазы параллельна оси бочонка. Общая форма кристалла определяется морфологией роста тетрагональной фазы и очень чувствительна к содержанию атомов-металлоидов. Если фосфор заменить бором с образованием фазы Fe40Ni40B20, кристаллы принимают эллипсоидальную форму. Аналогичную морфологию эвтектики с четко выраженными ориентационными соотношениями между фазами можно наблюдать при переходе в кристаллическое состояние ряда других аморфных сплавов.

Как и полиморфная кристаллизация, эвтектическое превращение является непрерывным. Общий состав кристалла и аморфной фазы одинаков, а матрица остается без изменений до тех пор, пока межфазная граница не поглотит ее. Для таких превращений скорость роста кристалла должна быть независимой от времени до момента прочного соприкосновения кристаллов. Измерения скоростей роста эвтектик в некоторых аморфных сплавах подтвердили линейную кинетическую зависимость. В ограниченном температурном интервале (обычно 50К), в котором проведены такие измерения, скорость роста возрастает по экспоненте с ростом температуры. Однако Моррис показал, что в аморфном сплаве Fe40Ni40P14B6 температурная зависимость скорости роста отклоняется от аррениусовской при высокой температуре, демонстрируя тем самым, что достигнут выступ на диаграмме ТВП. В отличие от полиморфной кристаллизации, эвтектическая кристаллизация требует диффузии, необходимой для распределения растворенного компонента между двумя растущими фазами. Эта диффузия может происходить или в аморфной фазе перед растущим кристаллом, или по межфазной границе аморфная фаза — кристалл. Для стадии установившегося роста, таким образом, существует баланс между скоростью роста кристалла u, межфазовым расстоянием X и коэффициентом диффузии D. Для кристаллических эвтектик и эвтектоидов можно записать следующие уровни диффузии:

- для диффузии в матрице

- для диффузии по межфазной границе

В этих уравнениях коэффициент а, который зависит от Л, — безразмерная величина, описывающая состав матрицы и растущей фазы на межфазной границе и б — толщина межфазного слоя, в котором, как предполагается, происходит диффузия. Обычные эвтектические и эвтектоидные превращения изучают, как правило, при малых переохлаждениях, когда u возрастает и Л, снижается по мере снижения температуры. Наоборот, кристаллизация аморфных сплавов всегда происходит при больших переохдаждениях, когда скорость роста u растет с увеличением температуры. Только в четырех случаях измерялось межфазовое расстояние А. в зависимости от температуры. Во всех четырех случаях Л снижается с ростом температуры в соответствии с уравнениями (9.3) и (9.4). В отличие от обычных эвтектик (uЛ-const) представляется, что это соотношение между и и А, не является универсальным. В аморфном сплаве Fe40Ni40P14B6 снижение температуры на 50К вызывает шестикратное увеличение Л. Используя эти величины и уравнение (9.3) Тивари и др., вывели коэффициент диффузии Dm, который находится в поразительном соответствии с тем, который независимо был измерен Каном и др. для В в аморфном сплаве Fe4oNi4oBjo. На этом основании был сделан вывод, что перераспределение атомов растворенного компонента осуществляется с помощью диффузии бора в аморфной фазе перед фронтом кристаллизации. В противовес этому применение того же самого уравнения Босвеллом и Чадвиком к ячеистому распаду в сплаве Pd—Cu—Si, где Л почти не зависит от u, дало значение Dm, которое на несколько порядков больше, чем то, которое ожидалось для диффузии атомов металла в аморфной фазе. Более того, как в обоих рассмотренных выше аморфных сплавах, так и в сплаве Ni—Pd—P энергия активации роста была близка к той, которая характерна для вязкого течения и соответствовала модели Чена и Турнбулла, в которой рост контролируется межфазной поверхностью. Подобные несоответствия между различными аморфными сплавами не являются полностью неожиданными и могут быть следствием различных механизмов диффузии атомов больших и малых размеров. Аналогичное поведение обнаружено при обычном эвтектоидном распаде. Аустенит в сплаве Fe—С первоначально распадается под влиянием объемной диффузии углерода, а в легированных сталях и других твердых растворах замещения, таких, например, как Cu—In, диффузия происходит по границе между матрицей и перлитом.
Эвтектическая кристаллизация аморфных сплавов

Из описанного выше следует, что необходимо осуществить детальные измерения межфазных расстояний и скоростей роста, не доверяясь определенному механизму эвтектической кристаллизации аморфных сплавов. В кристаллических системах эвтектик и эвтектоидов такие измерения обычно проводят путем направленного распада, при котором образец пропускают с постоянной скоростью через отрицательный температурный градиент. Аналогичные эксперименты па аморфных оксидах с использованием положительного температурного градиента подтвердили обратную зависимость между u и Л. В принципе такая же методика могла бы быть использована и для аморфных сплавов. Однако на практике успешный эксперимент маловероятен, так как требуемый температурный градиент велик и может быть достигнут только локальным нагревом с использованием электронного луча или лазера.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: