Применение кристаллизации аморфных сплавов в технике

Свойства аморфных сплавов очень чувствительны к малым количествам кристаллической фазы, и коль скоро эти материалы находят все возрастающее применение в различных областях, нельзя недооценивать опасности их использования без детально установленных закономерностей их поведения при долговременных термических воздействиях. Сердечники силовых распределительных трансформаторов, например, должны работать при температуре 100°C по крайней мере в течение 20 лет без существенного ухудшения свойств. К сожалению, все исследования процесса кристаллизации, описанные в гл. 10, дамы при температуре на 100 К выше или ниже величины Tg, и фактически отсутствует достоверная информация о долговременной стабильности аморфных сплавов при более низких температурах. Вблизи Tg процесс кристаллизации включает в себя, очевидно, как стадию зарождения, так и стадию роста, в то время как при низких температурах, вероятно, доминирующим окажется процесс роста замороженных зародышей. Экстраполяция данных, полученных при высоких температурах, на несколько сотен градусов является, как мы видим, очень ненадежной операцией и ни в коей мере не заменяет испытаний на долговременную термическую стабильность, которые должны проводить все те, кто производит и потребляет аморфные сплавы.

Термическая обработка метастабильных фаз является краеугольным камнем физического металловедения. Сейчас стало ясно, что аморфные сплавы являются очень удобным объектом таких исследований. В некоторых случаях введение контролируемого числа кристаллической фазы может реально повысить свойства аморфных сплавов. Например, сплавов Fe—В—С—Si, в которых вихретоковые потери при высоких частотах снижаются при выделении небольшого числа первичных кристаллов а-Fe, которые приводят к измельчению доменной структуры в результате повышения числа мест зарождения для доменных стенок. Снижение потерь зависит от объемной доли, размера и характера распределения кристаллов и, следовательно, весьма существенно — от условий термической обработки. Эта картина прямо противоположна наблюдающейся в этих же сплавах при низких частотах: свойства их ухудшаются в результате образования небольшого количества кристаллической фазы на поверхности в процессе закалки из расплава. Поиски сверхпроводящих материалов с высоким значением Tс, высокими полями и токами выявили интерес к микрокристаллическим структурам, получаемым при девитрификации аморфных сплавов. Например, аморфные сплавы системы Hf—Zr—V являются сверхпроводящими только <2К; если же их термически обработать, получив ультрадисперсную (20 нм) фазу Лавеса С15, то величина Tс резко возрастет, а малый размер зерна обуславливает при этом желаемое закрепление вихрей. Более того, так как их сверхпроводящие свойства не изменяются под воздействием быстрых нейтронов, такие материалы имеют большую перспективу применения в реакторостроении. Пластичные ленты, обладающие сверхпроводящими свойствами вплоть до температуры 18К, можно получить путем кристаллизации напыленных аморфных пленок Nb—Ge. Совсем недавно Рей показал, что из большой группы сложных аморфных сплавов типа переходный металл — тугоплавкий металл — бор можно, термически обработав их, получить пластичные микрокристаллические фазы, обладающие высокой прочностью и твердостью. Эти материалы, которые теперь выпускаются в промышленном масштабе, можно измельчить в порошок, а затем путем горячего прессования изготавливать из них изделия сложной формы, например, инструмент.