Начальная стадия механического сплавления в бинарных системах на основе Si, Al, Mg и Cr с Fe : типы и кинетика твердофазных реакций

• Автор: Колодкин, Денис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1. Формирование наноструктуры и ее характерные особенности
1.2. Существующие микроскопические механизмы механического сплавления
1.3. Кинетические особенности механохимического синтеза
1.4. Литературные данные по механическому сплавлению в бинарных системах на основе Сг, А1, Бі и с Ге
1.4.1. Равновесные диаграммы состояния систем Ст-Бе, А1-Ге, ЭГЕе и !У^-Ге
1.4.2. Система Сг-Ее
1.4.3. Система АГБе
1.4.4. Система Бі-Ее
1.4.5. Система 1У^-Ее
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Характеристика исходных материалов
2.2. Механическая обработка бинарных смесей в шаровой планетарной мельнице
2.3. Термообработка образцов
2.4. Рентгеновская дифракция
2.5. Мёссбауэровская спектроскопия
2.6. Оже-спектрометрия
ГЛАВА 3. Твердофазные реакции при механическом сплавлении бинарных смесей на основе ві (А1, Сг) с высокой концентрацией Ее
3.1. Смесь 8і(70)Ее(30)
3.2. Смесь А1(68)Ее(32)
3.3. Смесь Сг(80)Ее(20)
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. Зондовая мёссбауэровская спектроскопия начальной стадии механического сплавления в бинарных системах состава Э1(А1, Mg, Сг)9957Ееі
4.1. Система Бі-Ее
4.2. Система А1-Ее
4.3. Система Mg-Fe
4.4. Система Сг-Ее
4.5. Выводы

ГЛАВА 5. Кинетика начальной стадии механического сплавления в бинарных системах
состава А1(81,1У^, Сг)9957Рв|
5.1. Анализ экспериментальных данных
5.2. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

За более чем 40-летний период изучения механоактивация (механическое сплавление и измельчение) получила признание в качестве одного из методов, используемых в нанотехнологии. Тем не менее, вплоть до настоящего времени используется эмпирический подход при разработке функциональных материалов, несмотря на огромное количество экспериментальных данных, полученных в этой области исследований [1]. Можно выделить две основные причины сложившейся ситуации. Как правило, отсутствует возможность проведения исследований «in situ», особенно при механической обработке материалов в различного вида мельницах. В результате, о механизмах механоактивации делаются заключения на основе экспериментальных данных, полученных для релаксированного состояния. Вторая причина заключается в сложности процесса, определяемого многими факторами (температура, тип материала измельчающих тел, соотношение масс шаров и измельчаемого материала, среда измельчения и т. д.). Как следствие, существует более десятка моделей механоактивации, ни одна из которых не может объяснить всю совокупность имеющихся экспериментальных результатов [2]. Из сказанного следует, что и в настоящее время являются актуальными экспериментальные исследования, направленные на выяснение микроскопических механизмов механоактивации.
Одним из способов, дающих полезную информацию при анализе микроскопических механизмов механического сплавления (МС), является детальное изучение типов и кинетики твердофазных реакций на начальной стадии МС в бинарных системах с преобладающим содержанием одного из компонентов и с возможностью использования экспериментальных методов исследования не только на мезоскопическом, но и на микроскопических уровнях. Таким образом были изучены бинарные металлические системы на основе Fe (см., например, [3-5]. Возможность изучения начальных стадий МС в этих системах была обеспечена прежде всего использованием мёссбауэровской спектроскопии на ядрах изотопа 57Fe, дающей информацию о характеристиках локального окружения атомов Fe.
В меньшей степени, особенно при получении количественных характеристик процесса МС, изучены бинарные системы, в которых Fe выступает в качестве второго неосновного компонента. Следует отметить, что при малых концентрациях Fe (< 5 ат. %) качественная экспериментальная информация может быть получена только при использовании зондовой мёссбауэровской спектроскопии, в которой используется Fe, обогащенное изотопом 57Fe. Первые успешные попытки использования зондовой

2Є 40 № 8® 100 120і 14®
ніііцЬг. 1П
Рис. 16. Дифракция нейтронов образцов номинального состава Сг7оРезо при Т = 300 К: а- образец после МС (110 ч), Ь - образец после МС (110 ч) и нагревания до Т = 1100 К, вставки - рефлекс (211) от а-Ре [98]
Использование мёссбауэровской спектроскопии позволяет отметить некоторую общую закономерность в эволюции смеси состава Сг-Ре с номинальным содержанием Ре от 20 до 40 ат. % [89-91, 93], которая заключается в том, что в мёссбауэровских спектрах на разных временах МС кроме секстета от а-Ре появляется парамагнитная составляющая, интенсивность которой растет с увеличением времени МС. Соответственно, наоборот, интенсивность секстета от а-Ре снижается и при передаче материалу определенной дозы механической энергии на разных временах МС [89-91, 93] полностью исчезает (рис. 17).