Магнитные свойства нанокристаллических материалов системы Fe-C

• Автор: Арсентьева, Нина Борисовна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Глава 1. Влияние структурного состояния и фазового состава на магнитные характеристики углеродистых сталей и сплавов (литературный обзор)

1.1. Взаимосвязь магнитных характеристик со структурно-фазовым состоянием

ферромагнитных материалов

1.2. Основные структурно-фазовые составляющие высокоуглеродистых

сталей и сплавов

1.3. Изменение структурного состояния твердых тел в условиях сильных

механических воздействий

1.4. Структурно-фазовый состав и магнитные свойства нанокристаллических

соединений в системе Ге-С

1.5. Магнитные и структурные характеристики высокоуглеродистых сталей

и сплавов после деформации. ,

1.6. Заключение по обзору и постановка задачи исследования
Глава 2. Образцы и методы исследований
2.1. Приготовление образцов
2.2. Установка для измерения магнитных характеристик
2.3. Установка для измерения температурной зависимости магнитной
восприимчивости
2.4. Методы исследования структурного состояния и фазового состава образцов
Глава 3. Влияние нанокристаллического состояния на магнитные свойства основных фаз системы Ге-С
3.1. Магнитные гистерсзисные свойства нанокристаллического железа
3.2. Структурное состояние и магнитные характеристики цементита
3.3. Выводы
Глава 4. Магнитные гистерсзисные свойства нанокристаллических порошков
системы Ге-С, полученных методом механического сплавления
4.1. Магнитные гистерсзисные свойства нанокристаллических порошков
состава Гс( 1 ОО-Х)С(Х) ( X = 5 н- 25 ат. %)
4.2. Влияние отжига на магнитные свойства нанокристаллических порошков
системы Ге-С
4.3. Выводы
Глава 5. Магнитные свойства и структурное состояние сильнодсформированных высокоуглеродистых сталей и сплавов
5.1. Влияние пластической деформации на магнитные гистерсзисные свойства
порошков Ге-С
5.2. Влияние пластической деформации и отжигов на магнитные гистерсзисные
свойства патентированной проволоки ст. 70
5.3. Выводы
6 Заключение
Литература

Структура и физико-механические свойства сталей и сплавов системы Ее-С являются предметом многочисленных исследований с давней историей, что определяется их большой практической значимостью. В настоящее время достаточно хорошо изучена взаимосвязь магнитных свойств со структурным состоянием различных углеродистых сталей, в том числе и порошковых, что лежит в основе магнитной структуроскопии.
Дальнейшие перспективы использования сталей и сплавов системы Ее-С связаны с разработкой научных основ создания новых “нетрадиционных” структур. К таким структурам относятся нанокристаллические материалы. Ожидается, что наноматериалы найдут применение, как конструкционные материалы новых тонких технологий, так и как магнитные материалы. В настоящее время в соответствии с этими ожиданиями наиболее интенсивные исследования проводятся в изучении механических и магнитных свойств наноматериалов.
Уменьшение размера кристаллитов металлов и сплавов ниже некоторой пороговой величины может приводить к значительному изменению их физико-механических, в том числе и магнитных свойств [1]. Такие эффекты появляются, когда средний размер кристаллических зерен не превышает 40 нм, и наиболее отчетливо проявляется, когда размер зерен составляет менее 10 нм. Поликристаллические сверхмелкозернистые материалы со
* средним размером зерен менее 20 нм называют обычно нанокристаллическими [1,2]. Малые размеры зерен обуславливают большую развитость и протяженность межзеренных границ. Кроме того, сами зерна могут иметь различные атомные дефекты, например вакансии или их комплексы, дислокации, количество и распределение которых качественно иное, чем в кристаллических зернах с размером 5-10 мкм и более.
Особенность нанокристаллического состояния заключается в отсутствии соответствующего ему по структуре и развитости границ равновесного состояния. Необычные магнитные и механические свойства этих материалов обусловлены как особенностями отдельных зерен, так и их коллективным поведением, зависящим от характера взаимодействия между нанозернами [3]. Изучение физических свойств, в частности магнитных, на-нокристатлических материалов представляет значительный научный и прикладной инте-
* рес, поскольку особое строение и свойства таких материалов являются промежуточными между строением и свойствами изолированных атомов и массивного твердого тела.
К настоящему времени разработано несколько методов получения нанокристалли-ческих материалов. Большинство из них заключается в получении порошков, содержащих нанозерна. Среди них можно отметить ультрадисперсные порошки, полученные газовой
Следовательно, размер частиц, в данном случае, не оказывает влияние на Не измельчаемых порошков.
Отсюда следует, что на магнитные гистерезисные свойства основное влияние оказывает структурное состояние порошков железа. Рассмотрим изменение структурного состояния порошков Ре в процессе механической обработки. На рис. 6 приведены рентгеновские дифрактограммы порошков Ре, измельченных в течение различного времени. Из анализа дифрактограмм также следует, что фазовых изменений в измельченных образцах не происходит, но линии (110) и (220) значительно уширены (кривые 2, 3).
Данные мессбауэровских исследований подтверждают результаты рентгеновских измерений и дают дополнительную информацию о структурно-фазовом состоянии измельченных образцов. На рис. 7 представлены полные мессбауэровские спектры (а) и в увеличенном масштабе по оси скорости 1-ая и 6-ая линии мессбауэровских спектров (б) для исходного железа (1), образца измельченного в течение 1др = 16 ч (2) и образца, отожженного при 500 °С в течение 1 ч (3). Установлено, что в пределах погрешности измерений и обработки во всех случаях линии мессбауэровских спектров сохраняют свое положение на скоростной шкале и являются симметричными. Других компонент в мессбауэровских спектрах по сравнению с исходным состоянием ни после измельчения, ни после дополнительного отжига обнаружено не было. Единственное наблюдаемое отличие для измельченных образцов заключается в небольшом увеличении ширины Г крайних линий спектра с 0,27 мм/с для исходного состояния до 0,32 мм/с для образцов с 1др = 16 ч (рис. 7 б). Возможны две причины обнаруженного уширения мессбауэровских линий [70]. Первая причина связана с существованием интерфейсных областей, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайшего окружения ниже кубической. (Под интерфейсными областями следует понимать границы зерен и упругоискаженные приграничные к ним области. Толщина интерфейсных областей * (1.0 т-1.5) нм [94]). Вторая причина, возможно, связана с присутствием малых примесей углерода. Хотя по результатам работ [70 - 71, 119 - 120] можно утверждать, что концентрация С в объеме частиц не превышает 0,5 ат. %.
Таким образом, данные рентгеновских и мессбауэровских исследований подтверждают результаты термомагнитных измерений и свидетельствуют об отсутствии в процессе измельчения порошков Ре каких-либо новых фаз. Не обнаружено также дополнительных компонент мессбауэровского спектра и в отожженных при 500 °С порошках Ре (см. рис. 7 о, кривая 3).
Известно, что из уширения рентгеновских линий фазы а-Ре можно определить как средний размер нанозерен <Ь>, так и среднеквадратичные микроискажения решетки а-Ре