Аморфные материалы (835546), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При этих и больших скоростях охлаждения кристаллы не зарождаются и переохлажденная жидкость сохраняетсявплоть до температуры Tg, при которой она превращается в стекло.Минимальную необходимую для аморфизации скорость охлаждения (критическую скорость охлаждения Rc) можно оценить поАВТТТ-диаграммам. Так, на рисунке R c > Д си, таким образом,вещество А характеризуется меньшей способностью к аморфизации,чем вещество В.Способность Данного вещества к аморфизации в принципе можно оценивать по критической скорости охлаждения.
Однако необходимо учитывать, как это показано в главе 3, что на величинуRc оказывают-влияние различные факторы, от которых зависят параметры ТТТ-диаграммы [см. формулу (3.10)]. Наиболее важныеиз этих факторов — температурная зависимость вязкости переохлажденной жидкости и скрытая теплота плавления Д H f.Значения критической скорости охлаждения Rc, рассчитанные для некоторых металлов и сплавов, приведены в табл. 3.1.48Способность металлов и сплавов к аморфизации зависит от иххимического состава, но в любом случае Rc должна быть выше102— 103°С/с. Для силикатного стекла критическая скорость охлаждения составляет 10~2— 10-1°С/с.
Отсюда понятно, что для аморфизации металлов и сплавов необходимо осуществлять их быстроеохлаждение. Для чистых металлов Rc крайне велика (1Q10— 1012°С/с),поэтому их аморфизация сильно затруднена.2.2.2. Ф акторы, контролирующие способность металлови сплавов к аморфизацииСпособность металлических сплавов к аморфизации сильно различаются в первую очередь в зависимости от их химического состава. Следует отметить, что получить надежные оценки критической скорости охлаждения, определяющей способность к аморфизации, расчетным путем практически нельзя. Можно попытатьсяопределить Rc экспериментально, но поскольку эксперименты самипо себе довольно сложны, примеров таких измерений пока мало.В табл. 2.4 приведены некоторые значения Rc, полученные в экспериментах [17, 18] и расчетом [19].
Для чистого никеля Rc составляет1010 К/с, но для сплавов, содержащих металлоиды, Rc значительнониже. Так, для сплавов благородных металлов1 Rc составляет всеголишь 103 К/с. Для сплавов переходных металлов (Fe, Ni, Со) Rcдовольно велика (105— 106 К /с).Таблица2.4. К ри ти ческ ая ск о р о сть о х л а ж д е н и я R c при ам ор ф и зац и иK/C*c> K/CСоставNiGe,PdeaSiiePd78SiieCueN ii0Pd40P2oP CeoPгаFe80B2oэксперимент-[14, 15]расчет [16]LO4-710Ю.5105.7103,3102,5102.1102,8102,8] 0 4.9lO5’*—СоставFe83B17FesoPwCrРе8оР18В7Fe80B18P,Fe79S i10BuINIlygblgB^Co75Si16B10-эксперимент[14, 15],расчет J16]10»-°104,9105,5~10e104-4Ю4’9——~ 1——Ю5.3105,01Q5.5Таким образом, если известна скорость охлаждения, реализуемая на той или иной установке, то, зная значения Rc для сплавовразного состава, можно заранее предсказать композиции, которыемогут быть аморфизированы на данной установке. Однако, какуказывалось, Rc довольно трудно определить экспериментальнымили расчетным путем, поэтому во всех случаях необходимо проверять, действительно ли в результате закалки получено аморфноесостояние.
При этом нужно учитывать особенности конкретныхсоставов.1 П од сплавами благородных металлов автор подразумевает также и сплавы,содержащие Pd (см. гл. 9). Прим. ред.49Сплавы с составами, близкими к эвтектическимНа рис. 2.15 показана область аморфизирующихся составов всистеме сплавов Au—Si. В этой двойной системе имеет место классическая эвтектическая реакция.
Из рисунка видно, что областьобразования аморфной фазы лежит вблизи эвтектического состава.При этом предполагают, как уж е указывалось в связи с рис. 2.12,что температурный интервал между Тт и Tg при подходе к сплавам, легко поддающимся аморфизации,суживается. Поэтому легирование элементами, понижающими Тт >и повышающими Tg, благоприятно для аморфизаций. Обычно температура Tg при легировании изменяется слабо, влияние легирования сводится в основном к снижениюТт- Следовательно, при наличии эвтектической реакции надо найти такие легирующие элементы, которые бы понижалиэвтектическую температуру Те в меньшейстепени, чем Тт. Это положение можетслужить своего рода руководством, эмпирическойзакономерностью, эффективО100• SOАиSi ной, в частности, для сплавов типа меСостаВ, %(ат.)талл-металлоид. Однако не всегда имеР ис .
2.15. Область аморется строгая связь между величинойфнзнрующихся составов(Тт— Те) и критической скоростью охна диаграмме состояниялаждения Rc. Примером могут слуАи— Si:жить данные, приведенные в табл. 2.5 иI—;II — температураэвтектическопоказывающие значения Rc иАТ =го превращения;III —=Тт— Те для двойных эвтектическихобласть составов,гдесплавов переходных металлов с фосфовозможнополучениером [20].аморфного состоянияж и д к о с т ьТ а б л и ц а 2.5. З и ач еи и я А Т и R c(р а с ч е т н ы е ) д л я двой ны х эвтек ти ч еских сп л а в о в ти п а м етал лф осф орЭвтектическийсостав*(A) Mng6>gP 131(Н ) F e82 5P 17 5(А ) С о 80д Р 1д>д(Н ) N i t A .(А ) Сизз дР ^ д(H )P d 81P 19(Н) P t80P20Хс, К /сДГ, к2,0-10®4,6-10®1,4 -1 0 ’6,3-10®7 ,4 -1 0 ’5,3-1063,3-10®2844854725733697641184* А — аморфизируется;аморфизируется.50Н — неСплавы, у которых отношениеTg/Tm>0,5Установлено [19], что критическая скорость охлаждения Rcпрактически пропорциональна отношению Tg/Tm (см. рие.
3.5 вгл. 3). Это обстоятельство аналогично тому, что было сказано выше о величине (Тт— Те). Затруднение вызывает определение Tg.В сплавах, легко поддающихсяаморфизации, при температурахниже Tg протекает кристаллизация, поэтому измерения Tg довольно сложны. Температуру Tgможно определить с использованием методов дифференциальноготермического анализа (ДТА) или дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)- Ее оценивают по температуре эндотермической реакции при нагреве сплава1.Сплавы со значительным различием атомных радиусов элементовИнтересен вопрос об аморфизации сплавов, в состав которыхвходят элементы с сильно различающимися атомными радиусами.Например, сравнительно легко получить аморфный сплав переходного металла t металлоидами.
Как видно из табл. 2.6, атомные радиусы в этом случае существенно различаются. Аморфизацию подобных сплавов объясняют тем, что в этом случае происходит стабилизация структуры за счет заполнения пор в аморфной структуре.При этом в аморфной фазе возникает довольно прочная связь между атомами металла и металлоида, что и обусловливает стабилизацию структуры.Таблица2.6. И оииы е р ад и у сы н екоторы х эл ем ентовМеталлоидыПереходные металлыОЭлементМпFeСо№СиРадиус, А0,910j870,820,780,96ЭлементРадиус, АВсSiРGe-0,200,200,390,350,44Важными термодинамическими характеристиками, определяющими способность сплава к аморфизации, являются температуразатвердевания, вязкость, температура стеклования12. На эти величины сложным образом влияют различные факторы и объяснитьих изменения действием только одного какого-либо фактора нельзя.Выяснение роли этих факторов требует серьезных исследований.2.2.3.
Оценка способности к аморфизациипо критической толщинеКак отмечалось в разд. 2.1.5, протяженность области существования аморфных сплавов изменяется в зависимости от способности сплавов к аморфизации и от скорости охлаждения, реализуе1 Следует подчеркнуть, что методами ДТА и ДС К измеряют фактически нетемпературу стеклования — температуру аморфизации жидкости привысокихскоростях охлаждения, а температуру расстеклования при малой скорости нагрева ( ~ 1 0 К /м и н ). Ясно, что первая из этих температур значительно выше второй, но именно ее обычно принимают за температуру стеклования. Прим.
ред.2 Если температура затвердевания (равновесная) является термодинамической характеристикой, то вязкость, и -тем более температуру стеклования, скорееследует рассматривать как кинетические характеристики. Прим. ред.51мой в соответствующих установках. Скорость охлаждения зависиттакже и от такого параметра, как толщина аморфного материала,получающегося при использовании данной аппаратуры.
В последнеевремя предложено оценивать способность сплавов к аморфизациипо максимальной толщине аморфного сплава, которая пропорциональна критической скорости охлаждения [21].Ранее указывалось, что когда расплавленный металл выбрасывается на движущийся со скоростью V холодильник, толщина получающейся ленты пропорциональна Vn и скорости охлаждения Rm.Следовательно, если установить связь между величинами V и t, Rи t, то по толщине образца можно определить скорость охлажденияR. На рис.
2.16 показано, как связаны между собой t и R [11], t иV [12] в случае закаленного на медном диске сплава Н е^Щ о^В в.Так как в обеих указанных работах эксперименты проводились водинаковых условиях, приведенные данные позволяют определитьR, t, V.Ясно также, что, измеряя критическую толщину аморфногосплава, можно оценить влияние химического состава на способность сплава к аморфизации.На рис. 2.17—2.21 приведены данные, полученные при закалкеразличных сплавов на медном диске диаметром 20 см.
При этомимелась возможность контролировать температуру выдавливаемогорасплава, давление, диаметр сопла, расстояние от сопла до поверхности диска, количество расплава. Можно было также изменятьтолщину расплава в пределах 20—400 мкм за счет изменения скорости вращения диска [20]. В результате была определена крити- .ческая толщина, т. е. наибольшая толщина, при которой еще происходит аморфизация сплава.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
