Cтруктура и свойства аморфных высокопрочных квази-высокоэнтропийных сплавов системы Fe-Co-Ni-Cr-(Mo,V)-B (промежуточный, этап 2)

В ходе реализации второго этапа проекта были проведены следующие работы: 1. Исследовано струкутрообразование сплавов системы Fe-Co-Ni-Cr-Mo-V-B, проанализированы зависимости структуры от химического состава сплавов. Проведены исследования методами СЭМ, МРСА и рентгеновской дифракции. 2. Проведены эксперименты по установлению влияния малых рафинирующих добавок на формирование структуры сплавов содержащих ванадий. Установлены оптимальные количества добавок алюминия и марганца, обеспечивающие формирование аморфной структуры сплавов. 3. Проведены работы по получению аморфных лент сплавов системы Fe-Co-Ni-Cr-Mo-V-B с оптимальным содержанием рафинирующих добавок. Проведены исследования методом ДСК для установления характеристических температур сплавов. 4. Проведены эксперименты по определению порядка процесса кристаллизации сплавов, и влияния на него химического состава. Установлены основные различия процессов кристаллизации сплавов без ванадия и с его добавкой. 5. 5Подготволены и направлены в журналы статьи согласно плану. 6. Результаты работы доложены и обсуждены на трех конференциях. В рамках проведенных работ были получены следующие результаты: 1. Проведены исследования методами СЭМ и рентгеновской дифракции влияния химического состава сплавов Fe-Co-Ni-Cr-Mo-V-B на структуру и фазовый состав слитков. Установлены зависимости структурообразования сплавов от содержания бора и замены молибдена на ванадий. Установлено, что структура сплавов системы Fe-Co-Ni-Cr-Mo-B – представляет собой типичную структуру заэвтектических сплавов с формирующимися первичными кристаллами борида Mo2FeB2, окруженные эвтектикой γ(Fe,Co,Ni,Cr,Mo) + Mo2FeB2. Увеличение содержания бора в составе сплавов приводит к формированию дуплексной структуры состоящей из кристаллов борида, окруженных матрицей ГЦК твердого раствора. В структуре всех сплавов Fe-Co-Ni-Cr-Mo-B наблюдается формирование небольшого количества нитридов бора. Структура сплавов Fe-Co-Ni-Cr-Mo,V-B значительно отличается от структуры сплавов без ванадия. Во первых добавка ванадия приводит к изменению типа борида формирующегося в структуре сплавов, во всех сплавах данной системы наблюдается формирование боридов типа Me3B2, при этом химический состав первичных кристаллов боридов и боридов в эвтектике – различается, первичные кристаллы обогащены молибденом. Кроме этого в сплавах богатых бором наблюдается формирование боридов типа Me23B6. Полная замена молибдена на ванадий приводит к радикальному изменению формирующейся структуры слитков сплавов. Наблюдается формирование первичных кристаллов и эвтектике с содержанием тугоплавкого борида MeB в сплавах с содержанием бора более 11 ат.% Формирование такого борида в структуре является негативным фактором – способным оказывать влияние на способность сплавов к аморфизации, за счет трудного подавления его кристаллизации из расплава. Так же установлено, что все сплавы содержащие ванадий, за исключением сплавов с высокими содержаниями бора (выше 22%) формируют в своей структуре тугоплавкие труднорастворимые нитриды ванадия, являющиеся центрами гетерогенного зарождения кристаллов многокомпонентного ГЦК твердого раствора при быстрой закалке. 2. Продемонстрировано рафинирующее действие добавок алюминия и марганца, способствующее устранению растворенных газов из расплава. Показано, что данные добавки связывают растворенные газы, в том числе азот в нерастворимые легкие нитриды, всплывающие на поверхность расплава. Установлено влияние малых добавок алюминия и марганца на структуру слитков. Продемонстрировано, что малое количество добавок не превышающее 0,1 масс.% способно оказывать положительный эффект на стеклообразующую способность сплавов с ванадием. Показано, что превышение оптимальных количеств рафинирующих добавок алюминия и марганца снижает стеклообразующую способность сплавов. Установлены оптимальные концентрации малых добавок, и выбрано их оптимальное сочетание – 0,1 масс.% Al и Mn в равных массовых долях. Показано, устранение центров гетерогенного зарождения – нитридов ванадия, обеспечивающее формирование гомогенной аморфной структуры при закалке расплава. Продемонстрировано, что превышение оптимального количества рафинирующих добавок приводит к формированию гомогенной аморфной-кристаллической структуры сплавов, с формированием в аморфной матрице наноразмерных кристаллов многокомпонентного ГЦК твердого раствора. 3. Получены ленты сплавов систем Fe-Co-Ni-Cr-Mo,V-B и Fe-Co-Ni-Cr-V-B с содержанием бора от 11 до 25 ат.% и добавкой 0,1 ат. % Al и Mn. Показано формирование гомогенной аморфной структуры в сплавах с содержанием бора 17 и более атомных процентов. Определены характеристические температуры кристаллизации сплавов. Установлено влияние рафинирующей добавки на стабильность аморфной фазы. Наблюдается рост температур кристаллизации сплавов при введение рафинирующей добавки, что обусловлено отсутствием в структуре сплавов центров гетерогенного зарождения кристаллов твердого раствора, снижающих энергетический барьер кристаллизации сплавов. Установлено, что процесс кристаллизации всех сплавов – многостадиен. 4. Проанализирован процесс кристаллизации сплавов. Показано, что в сплавах системы Fe-Co-Ni-Cr-Mo-B на низкотемпературных стадиях кристаллизации наблюдается формирование многокомпонентного твердого раствора с сохранением остаточной аморфной фазы, которая при дальнейшем повышении температуры отжига претерпевает распад с образованием боридов. Замена молибдена на ванадий приводит к смене механизма кристаллизации и формированию пересыщенного бором многокомпонентного твердого раствора. В сплавах ванадием однофазная структура твердого раствора сохраняется вплоть до температур ~800oC при которых происходит распад твердого раствора, с образованием в теле зерна наноразмерных выделений боридов типа Me3B2. Сделано предположение о причинах снижения стеклообразующей способности сплавов с содержанием ванадия, обусловленной формированием при закалке расплава пересыщенного бором твердого раствора, взамен формирования эвтектики и первичных кристаллов боридов. За счет формирования стабильного до высоких температур многокомпонентного твердого раствора в сплавах с ванадием, такие сплавы могут представлять интерес в качестве высокотемпературных коррозионностойких покрытий. 5. В результате выполнения работ по этапу опубликована 1 статья в издании входящем в Q1, и 1 статья в российском журнале входящем в Q2. 6. Результаты работы были представлены и обсуждены на трех конференциях в форме устных докладов.