Структурно-композиційні ефекти, індуковані зовнішніми діями в поверхневих шарах магнітом’яких аморфних сплавів

Висновки

У дисертації з використанням комплексу різноманітних поверхнево-чутливих методів проведено систематичне дослідження фізичної природи змін структури та фізико-хімічного стану поверхні і приповерхневої області аморфних стрічок багатокомпонентних магнітом'яких сплавів на основі Fe-В і Со-В після температурних, магнітно-польових і деформаційних зовнішніх впливів. Уперше встановлено що:

1) При нагріванні аморфного сплаву FINEMET в вакуумі відбуваються незворотні процеси немонотонної поверхневої сегрегації компонентів, фрагментації і утворення кластерів міді, розкладу і десорбції оксидів і гідроксидів заліза і кремнію, змінення електронної структури поверхні, збільшення середнього розміру наноструктурних елементів рельєфу і морфології поверхні та зміна типу їх розподілу.

2) Нанокристалізація аморфного сплаву FINEMET починається з поверхні при температурах на ~ 100°С нижчих, ніж в об'ємі, і рушійною силою цього процесу є інтенсивна поверхнева сегрегація атомів заліза і формування кластерів міді.

3) При охолодженні аморфного сплаву FINEMET до температури рідкого азоту відбуваються оборотні процеси немонотонної зміни композиційно-фазового складу поверхні, пов'язані із сегрегацією компонентів та формуванням-дисоціацією гідроксидів заліза, кремнію та ніобію.

4) При збільшенні часу витримки аморфних сплавів на повітрі в слабкому магнітному полі (0,17 Тл) від 2 до 204 діб відбуваються немонотонні зміни композиційно-фазового складу поверхневого шару, товщини оксиду, об'ємної структури (без зміни аморфного стану) та мікротвердості; після припинення дії магнітного поля ці характеристики зазнають подальших змін з часом релаксації.

5) Експозиція аморфних стрічок в магнітному полі до 10-18 діб спричиняє поверхневу сегрегацію заліза і прогресуюче підвищення пластичності сплаву; подальше збільшення тривалості магнітної обробки приводить до зміни процесу і поступового зростання на поверхні вмісту Si, B та Nb, що супроводжується зміцненням (збільшенням мікротвердості).

6) Витримка аморфного сплаву FINEMET в магнітному полі протягом доби приводить до зміни механічних характеристик стрічки і супроводжується суттєвою зміною структури зони розриву з формуванням поодинокої смуги із сітки «вен» та посиленням концентраційної неоднорідності на поверхні розриву із значним збагаченням її на бор і збідненням на Si, Cu, Nb.

7) Ультразвукова ударна обробка аморфного сплаву FINEMET тривалістю ~ 60 с призводить до локалізованої інтенсивної пластичної деформації, що супроводжується виникненням значної кількості смуг зсуву і атермічним утворенням в об'ємі стрічки кристалічних наночастинок б-Fe(Si) фази із середнім розміром 15 нм.

8) Різні види механічного навантаження стрічки аморфного сплаву FINEMET, такі як ультразвукова ударна обробка, перегин під різними кутами та вдавлювання алмазної піраміди, спричиняють деформаційно-індуковану сегрегацію компонентів сплаву в поверхневому шарі, знак і величина якої залежать від природи компоненту, виду та інтенсивності деформації.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Васильєв М. О. Дослідження поверхні аморфного сплаву Fe75Ni4Si2Mo3B16 методами ЕОС та РФЕС / М. О. Васильєв, Г. Г. Галстян // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. - 2005. - №17. - С. 60-64.

2. Chenakin S. P. Temperature-dependent modifications in the surface composition of Finemet: A TOF-SIMS study / S. P. Chenakin, M. A. Vasylyev, G. G. Galstyan, N. Kruse // Surface Science. - 2006. - V. 600. - P. 3394-3402.

3. Васильев М. А. Магнитомеханические эффекты в аморфных лентах, полученных быстрой закалкой из расплава / М. А. Васильев, Г. Г. Галстян // Успехи физики металлов. - 2007. - Т. 8, №4. - С. 279-294.

4. Васильев М. А. Рентгенодифракционные эффекты в аморфном сплаве Fe73,6Si15,8B7,2Cu1,0Nb2,4 (FINEMET), обусловленные воздействием слабого магнитного поля / М. А. Васильев, А. Г. Ильинский, Г. М. Зелинская, Г. Г. Галстян, Ю. В. Лепеева // Металлофизика и новейшие технологии. - 2008. - Т. 30, №8. - С. 1147-1157.

5. Васильев М. А. Влияние слабого магнитного поля на химический состав аморфного сплава Co73,6Fe3,2Mn3,2Si5B15 / М. А. Васильев, Г. Г. Галстян, О. А. Мищук // Металлофизика и новейшие технологии. - 2008. - Т. 30, №10. - С. 1369-1382.

6. Chenakin S. P. XPS and ToF-SIMS characterization of a Finemet surface: effect of heating / S. P. Chenakin, G. G. Galstyan, A. B. Tolstogouzov, N. Kruse / Surface and Interface Analysis. - 2009. - V. 41. - P. 231-237.

7. Васильев М. А. Эволюция структуры поверхности аморфной ленты Fе73,6Si15,8B7,2Cu1,0Nb2,4 в результате нагрева / М. А. Васильев, В. В. Маслов, В. К. Носенко, Г. Г. Галстян // Металлофизика и новейшие технологии. - 2010. - Т. 32, №3. - С. 357-387.

Анотація

Галстян Г.Г. Структурно-композиційні ефекти, індуковані зовнішніми діями в поверхневих шарах магнітом'яких аморфних сплавів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.18 - фізика і хімія поверхні. - Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ, 2010.

Проведено систематичне дослідження фізичної природи змін структури та фізико-хімічного стану поверхні і приповерхневої області аморфних стрічок багатокомпонентних магнітом'яких сплавів на основі Fe-В і Со-В після температурних, магнітно-польових і деформаційних зовнішніх впливів.

Детально досліджено в широкому діапазоні вплив температури на композиційно-фазовий стан і електронну структуру поверхні аморфного сплаву типу FINEMET. Встановлено, що при нагріві до передкристалізаційних температур відбуваються незворотні процеси немонотонної поверхневої сегрегації компонентів, а при охолодженні до 155 С і подальшому відігріванні зміни композиційно-фазового складу поверхні є оборотними. Обґрунтовано механізм нанокристалізації поверхні FINEMET.

Досліджено вплив слабкого магнітного поля (0,17 Тл) на композиційно-фазовий склад поверхневого шару, структуру та механічні характеристики аморфних сплавів типу FINEMET та METGLAS. Встановлено, що різні види механічного навантаження аморфного сплаву FINEMET, включаючи ультразвукову ударну обробку, спричиняють структурні зміни в об'ємі та деформаційно-індуковану сегрегацію компонентів.

Ключові слова: аморфні металеві сплави, фізико-хімічні властивості, поверхневий шар, поверхнева сегрегація, термічна обробка, обробка магнітним полем, інтенсивна механічна обробка.

Аннотация

Галстян Г.Г. Структурно-композиционные эффекты, индуцированные внешними воздействиями в поверхностных слоях магнитомягких аморфных сплавов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. - Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертация посвящена изучению физической природы изменений структуры и физико-химического состояния поверхности и приповерхностной области аморфных лент многокомпонентных магнитомягких сплавов на основе Fe-В и Со-В после температурных, магнитно-полевых и деформационных внешних воздействий.

Установлено, что при нагревании аморфного сплава FINEMET в вакууме происходят необратимые процессы немонотонной поверхностной сегрегации компонентов, фрагментации и образования кластеров меди, разложения и десорбции оксидов и гидроксидов железа и кремния, изменение электронной структуры поверхности, увеличение среднего размера наноструктурных элементов рельефа и морфологии поверхности, а также изменение типа их распределения.

Показано, что нанокристаллизация аморфного сплава FINEMET начинается с поверхности при температурах на 100°С ниже, чем в объеме, а движущей силой этого процесса является интенсивная поверхностная сегрегация атомов железа и формирование кластеров меди.

При охлаждении аморфного сплава FINEMET до температуры жидкого азота происходят обратимые процессы немонотонного изменения композиционно-фазового состава поверхности, связанные с сегрегацией компонентов и формированием-диссоциацией гидроксидов железа, кремния и ниобия.

Обнаружено, что при увеличении времени выдержки аморфных сплавов на воздухе в слабом магнитном поле (0,17 Тл) от 2 до 204 суток происходят немонотонные изменения композиционно-фазового состава поверхностного слоя, толщины оксида, объемной структуры (без изменения морфного состояния) и микротвердости. После завершения воздействия магнитного поля эти характеристики испытывают дальнейшие изменения со временем релаксации.

Выдержка аморфного сплава FINEMET в магнитном поле в течение суток приводит к существенному изменению структуры зоны разрыва и усилению концентрационной неоднородности на поверхности разрыва, что сопровождается изменением механических характеристик.

Ультразвуковая ударная обработка аморфного сплава длительностью 60 с приводит к локализованной пластической деформации, которая сопровождается возникновением значительного количества полос сдвига и атермическим образованием в объеме ленты кристаллических наночастиц -Fe(Si) фазы со средним размером 15 мм.

Разные виды механических нагрузок ленты аморфного сплава FINEMET, такие как ультразвуковая ударная обработка, перегиб под разными углами и вдавливание алмазной пирамиды, вызывают деформационно-индуцированную сегрегацию компонентов сплава в поверхностном слое, знак и величина которой зависят от природы компонента, вида и интенсивности деформации.

Ключевые слова: аморфные металлические сплавы, физико-химические свойства, поверхностный слой, поверхностная сегрегация, термическая обработка, обработка магнитным полем, интенсивная механическая обработка.

Abstract

Galstyan G.G. Structural and compositional changes induced by external influences in the surface layers of soft magnetic amorphous alloys. - Manuscript.

Thesis is presented for the degree of Candidate of Physical and Mathematical Sciences in Surface Physics and Chemistry, category 01.04.18. - G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, The National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The physical nature of alterations in the structure and physical-chemical state of the surface and sub-surface region of amorphous ribbons of multicomponent Fe-В and Со-В based soft magnetic alloys induced by temperature, magnetic field and mechanical deformation effects has systematically been studied.

The influence of temperature on the surface elemental and phase composition and electronic structure of a Finemet-type amorphous alloy was investigated in detail in a wide temperature range. It was found that heating the Finemet to a pre-crystallization temperature caused non-reversible processes of non-monotonic segregation of the alloy components, while cooling the alloy down to 155 С and subsequent warming up gave rise to reversible changes in the surface elemental and phase composition. A mechanism of nanocrystallization of Finemet at the surface was suggested. The effect of low permanent magnetic field (В = 0.17 Т) on the surface composition, structure and mechanical characteristics of Finemet- and Metglas-type amorphous alloys was studied. Various types of mechanical treatment of the Finemet amorphous alloy including ultrasonic impact processing were established to bring about structural alterations in the bulk and deformation-induced surface segregation of the components.

Keywords: amorphous metallic alloys, physical-chemical properties, surface layer, thermal treatment, magnetic field treatment, intense mechanical treatment.

Размещено на Allbest.ru