Причины, ограничивающие образование наноструктуры в аморфных сплавах

На широкой группе аморфных сплавов на основе алюминия, железа, кобальта и циркония исследованы превращения при нагреве и деформации. Исследования структуры проводилось методами рентгенографии, электронной микроскопии (сканирующей, просвечивающей, высокоразрешающей, атомно-силовой), дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновского микроанализа. Деформация осуществлялась прокаткой, кручением под давлением (КВД) и барической обработкой в камере высокого давления. В результате проведенных исследований установлено следующее. 1. Определены температуры кристаллизации при нагреве и энергии активации кристаллизации аморфных сплавов Fe77Si13B10, Fe74Si13B9Nb3Cu1, Al87Ni8Gd5, Al85Y8Ni5Co2. Zr55Cu30Al10Ni5. Установлено, что энергии активации кристаллизации и температуры кристаллизации возрастают в последовательности: Al87Ni8Gd5, Zr55Cu30Al10Ni5, Fe74Si13B9Nb3Cu1, Fe77Si13B10. Определена структура, образующаяся на ранней стадии кристаллизации этих сплавов. 2. Проведено исследование морфологии поверхности и структуры аморфных сплавов Co65Si12B9Ni10Nb4, Co67Si12B9Fe7Nb5, Co79Si12B9, Co67Fe5B20Nb8, Co67Si13B9Fe1Mn4, Co56Fe16B20Ti8 после барической обработки. Определена высота ступенек на поверхности образцов (выход на поверхность полос сдвига). В сплавах с большой высотой ступенек обнаружена частичная кристаллизация с образованием нанокристаллов, сплавы с малой высотой ступенек осталась аморфными. 3. Определена величина истинной деформации сдвига для разных ступенек, образовавшихся при деформации. Для самых больших ступенек сплава на основе алюминия она составляет: e2 = 4.42; e3 = 4.74 после прокатки и КВД, в сплавах на основе железа для полос в образцах после КВД - e = 3,93, соответственно. Такая деформация не приводит к кристаллизации образцов на основе Fe. Величина деформации сдвига в самых больших полосах сплава на основе железа, образованных методом КВД, даже меньше степени деформации e = 3,97 для образца на основе Al после прокатки. В образце сплава на основе Zr образование кристаллов происходит при достижении деформации е = 6.4. 4. Толщина полосы сдвига, определенная по ширине минимальных ступенек в сплавх на основе алюминия и железа, не зависит от вида и степени деформации и составляет приблизительно 15 нм; высота ступенек колеблется от нескольких десятых нм до 1.5 нм 5. Обнаружено, что кинетика кристаллизации зависит от концентрации в образце свободного объема. Увеличение концентрации свободного объема приводит к ускорению процессов образования нанокристаллов. Количество нанокристаллов, образовавшихся в деформированных образцах с покрытием, концентрация свободного объема в которых больше, оказывается более высокой, чем в аналогичных образцах без покрытия. На основании полученных данных предположено, что решающую роль в образовании нанокристаллов играет неоднородность аморфной фазы (ее гетерогенность). Она может быть создана в процессе нагрева, а также при деформации. При деформации, которая проходит в аморфных сплавах гетерогенно, с образованием многочисленных полос сдвига и протяженных областей пониженной плотности вокруг них, в областях с повышенной концентрацией свободного объема, реализуются условия облегченного образования большого количества центров зарождения. Развитие процессов деформации зависит от механических характеристик, определяемых, в первую очередь, химическим составом. В сплавах с высокими прочностными свойствами гомогенной аморфной фазы, создать большое количество центров кристаллизации можно только используя более жесткие условия деформирования.