ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

Анотація

Исследованы процессы перехода сплава Zr62,5Cu19Ni9Al7Nb2,5 из аморфного состояния в наноструктурное и кристаллическое. Определены параметры процесса кристаллизации сплава: температура стеклования (Tg), температура кристаллизации (Tx), энергия активации кристаллизации (Ea). Изучено влияние на кристаллизацию сплава предварительной термообработки. Путем термической обработки указанного аморфного сплава получены наноструктурные материалы.
В аморфном состоянии сплав был получен методом спиннингования в виде ленты шириной 6 мм и толщиной 55 мкм. Низкотемпературную (продолжительную) термическую обработку ленты из аморфного сплава выполняли в среде очищенного аргона. Образцы нагревались до заданной температуры со скоростью 20 град/мин, подвергались изотермической выдержке требуемой продолжительности и охлаждались также со скоростью 20 град/мин. Высокотемпературную (кратковременную) термообработку выполняли в расплавах металлов (свинец, олово). Образцы заворачивались в алюминиевую фольгу толщиной 0,05 мм, погружались в нагретый до требуемой температуры расплав и выдерживались в течение одной минуты. Затем образцы вынимали и погружали в воду при комнатной температуре.
Исследованы структура и механические характеристики полученных материалов. Установлено, что структура полученных наноматериалов представляет собой аморфную матрицу с включениями интерметаллидов размером порядка 10 нм, их прочность на 30-40% выше, чем у исходного аморфного сплава.

Теплофизические свойства образцов исследовали методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе STA 449F1 немецкой фирмы NETZSCH и методом динамического термомеханического анализа (ДМА) на приборе DMA 242C той же фирмы. Температуру и теплоту кристаллизации из аморфного состояния определяли методом ДСК.
Энергию активации кристаллизации сплавов рассчитывали по методу Киссинджера, для чего образцы сплавов при ДСК-исследовании нагревали со скоростью 1, 2, 5, 10 и 20 град/мин.
Контроль структуры сплавов выполняли рентгеноструктурным методом на дифрактометре ДРОН-3М в монохроматическом Kα—Fe-излучении. Исследование структуры образцов выполняли на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) ZEISS EVO 50XVP и электронном микроскопе на просвет (ПЭМ) JEM-100CX.
Предел прочности (σв) сплавов рассчитывали по результатам измерения микротвердости. Для определения микротвердости образцов использовали микротвердомер ПМТ-3 при нагрузке на индентор 100 г. Модуль упругости сплавов определялся методом ДМА.
Исследование аморфного сплава Zr62,5Cu19Ni9Al7Nb2,5 позволило выявить две перспективные температурные области его термической обработки с целью получения наноструктурных материалов. Для обработки с целью повышения прочности на 250—300 МПа и сохранения максимального модуля упругости требуется продолжительная изотермическая выдержка, оптимальной является температура 380°С. Кратковременная обработка в интервале температур Tx1—Tx2, т.е. между пиками кристаллизации на кривой ДСК ≈ 450°С обеспечивает повышение прочности на 500 МПа, но модуль упругости при этом несколько уменьшается. Полученные результаты показывают возможность получения наноматериалов с высокими механическими характеристиками путем термообработки аморфного сплава Zr62,5Cu19Ni9Al7Nb2,5.