Моделирование процесса стеклования расплавов Fe-B и Co-B, на основе измерения плотности в жидком, аморфном и кристаллическом состояниях

• Автор: Таранов, Максим Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Методы производства аморфных металлических сплавов
1.2. Теоретические основы процессов получения аморфных металлических сплавов
1.3. Основные подходы к описанию структуры аморфных металлических сплавов
1.4. Объемные характеристики аморфных металлических сплавов
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Измерение плотности расплавов методом лежащей капли
2.2. Дилатометрический метод измерения плотности
2.3. Измерение плотности методом гидростатического взвешивания. '
3. ПЛОТНОСТЬ АМОРФИЗИРУЮЩИХСЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Fe-B и Со-В.74.
3.1. Политермы плотности сплавов в аморфном и кристаллическом виде
3.2. Политермы плотности сплавов в жидком и кристаллическом состояниях
3.3. Плотность аморфгоирующихся сплавов в интервале температур от 20 до 1400 °С
4. МОДЕЛЬ СТЕКЛОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Fe-B и Со-В
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Расчет критической скорости охлаждения аморфизирующихся сплавов на основе железа и кобальта Уч, и зависимости радиуса зародышей этих металлов от температуры г(Т) при охлаждении сплава с критической скоростью

ВВЕДЕНИЕ
Развитие современных промышленных технологий требует применения новых материалов, обладающих уникальными служебными свойствами. Одним из таких видов материалов являются аморфные металлические сплавы, в частности, сплавы на основе Бе-В и Со-В. Аморфное состояние можно определить как структуру, не имеющую атомных корреляций на большие расстояния, но сохраняющую атомные корреляции на нескольких координационных сферах. Широкое применение аморфных металлических сплавов в технике должно привести к существенному повышению качества и надежности изделий и к значительной экономии энергетических и материальных ресурсов.
Наибольшее значение для промышленного производства аморфных металлических сплавов имеют методы закалки из расплава (спиннингования расплава), позволяющие подучать сплавы в широком интервале составов. Вместе с тем, современные модельные представления о переходе жидкости в аморфное состояние базируются в значительной мере на экспериментальных данных измерения объемных характеристик высокомолекулярных соединений в жидком, аморфном и кристаллическом состоянии. Подобная база данных для промышленных металлических систем на основе Бе и Со практически отсутствует.
В связи с этим, целью работы явилось определение и анализ зависимости плотности от температуры жидких, аморфных и кристаллических сплавов на основе Р’е-В и Со-В в интервале температур от 20 до 1500 “С и исследование поведения металлической кристаллической фазы от температуры плавления до комнатной температуры при ее быстром охлаждении.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1 Л.Методы производства аморфных металлических сплавов.
Первые аморфные сплавы методом закалки из расплава были получены в начале 60-х годов в СССР в лаборатории И.С. Мирошниченко. Число металлических систем, полученных в аморфном состоянии, постоянно растет, в настоящее время их более 200.
Первый класс аморфизующихся систем представляет собой сплавы типа переходный металл VIIB и VIII групп элементов или благородный металл 1В группы в сочетании с металлоидом (В, С, Si, Р). Эти сплавы являются сейчас наиболее важными в практическом отношении. Ко второму классу аморфизующихся систем относятся сплавы, состоящие из переходных металлов групп IVB, VB или VIB в сочетании с металлами, входящими в состав аморфных сплавов первого класса. К третьему классу относятся системы, состоящие из переходного металла VIIB и VIII группы или благородного металла IB группы и из металлов-лантаноидов. Четвертый класс включает в себя бинарные и многокомпонентные сплавы, состоящие из щелочноземельных элементов и некоторых металлов. Кроме того, небольшую группу аморфных сплавов составляют системы на основе металлов-актиноидов. Хотя в аморфное состояние проще всего перевести многокомпонентные (в крайнем случае, двухкомпонентные) расплавы, состав которых близок к эвтектическому, за последние годы появились сообщения о получении закалкой из расплава аморфных однокомпонентных твердых тел, в частности никеля и молибдена.
В настоящее время существуют различные методы получения материалов с аморфной структурой (табл. 1). Эти методы подразделяются на три группы: 1) осаждение металла из газовой фазы; 2) затвердевание жидкого металла; 3) введение дефектов в металлический кристалл /1,2/. Переходы из кристаллического в аморфное состояние описаны в работах /3,4/. В особую группу авторы /1/ выделяют методы электролитического и химического осаждения аморфных пленок из растворов электролитов. Практически все описанные методы можно использовать для получения не только аморфных, но и микрокристаллических материалов. В наибольшей степени это относится к высокопроизводительным методам закалки из расплава.
потенциала мягких сфер.
Минимальная потенциальная энергия находится но формуле /74/:

Е = Ш1/2Е £ ф (гц),

где N - число атомов, ф (гу) - межатомный потенциал; энергия йго атома Е; равна:

Е; = I ф (г);

а средний атомный объем V:
V = 1/ро = ШЕ V

где V; - объем полиэдра Вороного атома 1, ро- атомная плотность.
В процессе релаксации определяют суммарную силу, действующую на каждый атом, и смещают атомы в направлении этой силы до положения минимума потенциальной энергии. При релаксации коэффициент упаковки повышается, а левый субпик 2-го максимума §(г) становится выше правого в соответствии с данными опыта. Релаксацию прекращают, когда энергия системы перестает заметно изменяться /38/.
В работе /74/ проведена также релаксация структуры в условиях механической деформации с использованием модифицированного потенциала Джонсона.
Потенциал Леннарда-Джонса имеет вид /38/:
ф (г) = 4 е [(г/го)12 - (г/г0)6]
где Го - координата минимума потенциала; г - его глубина.
Модифицированный потенциал Джонсона, приведенный в ПА! имеет вид:
г А ф(г) е7
0-1,9 6,749555(1,9-г)+1,476098
1,9-2,4 -12,900211г4+-108,74585г3-335,76609г2+445,37422г-210,39028
2,4-3,0 -0,639230(г-3,115829)3+0,477871г-1,581570
3,0-3,44 (г-3,44)3(14,671107г2-81,571416г+114,39953)
3,44-оо