Аморфные материалы (835546), страница 67
Текст из файла (страница 67)
е. на 45% больше.Этот факт отражает то обстоятельство, что в аморфной фазе местпроникновения водорода больше, чем в кристалле. Экспериментыпо неупругом.у рассеянию нейтронов [49] показывают, что водородв кристалле занимает положения в центрах тетраэдров, образованных четырьмя атомами титана. Предполагают, что в аморфном288Т а б л и ц а 9.3.
Максимальное количество водорода, абсорбируемогоаморфными сплавамиСплавT i6oCu6oT i36Cu36Zr3eN ie4Zr50N i50Zre,N i33Zr4 7 C0 5 3[H/M]Kp HCT0 ,4 70,920,270,630„661,5' 1,^33Q,70[H/M I ам0рф0,681,150290,410,540,90120P25Температураабсорбции,КДавление приабсорбции,МПа3003005334333335235235730,10,13,003,03,05,05,05,0-ИсточникР31,34N5]5]I5Jсплаве Ti5 oCu50 атомы водорода также располагаются в центрахтетраэдров из атомов титана, но так как в аморфной структурететраэдры, окружающие атом водорода, отличаются от таковых в кристаллах, число положений, в которыхмогут находиться атомы водорода,гораздо больше, чем в кристаллах.Поэтому максимальное количествоабсорбированного аморфными сплавами водорода также гораздо выше,чем в случае кристаллов того же состава.На рис.
9.35 представлена зависимость максимального количества абсорбированного водорода в кристаллических и аморфных сплавах Zr — Ni Рис. 9.35. Зависимость количества абсорбированного водороот концентрации циркония. Как ужеда при 523 К (давление водоговорилось, количество водорода, аб рода 5 М П а! от концентрациисорбированного •кристаллическими циркония ( х ) в кристалличесплавами Zr — Ni, велико.
В случае ских ( /) и аморфных (2) сплавахаморфных сплавов максимальное количество абсорбированного водорода,линейно возрастает с повышением концентрации циркония. Известно, что кристаллический цирконий образует гидрит ZrH2, поэтомуполагают, что и в аморфном состоянии два атома водорода и одинатом циркония связаны. Следовательно, в аморфных сплавах Zr—Ni максимальное количество абсорбированного водорода в большей степени определяется количеством циркония в сплаве, чем величиной и числом мест внедрения водорода.
Отсюда можно предположить, что способность аморфных сплавов абсорбировать водород определяется не только числом выгодных позиций длявнедрения водорода, но и количественным содержанием гидридообразующих элементов.Основываясь на таком механизме абсорбции водорода, можнопредположить, что абсорбция водорода практически отсутствуетв аморфных сплавах, содержащих большие количества металлои289дов с малыми атомными диаметрами (G, В, Р, S i), которые занимают положения, пригодные для внедрения водорода. Это предположение подтверждается экспериментально.
Например, известно,что максимальное количество абсорбированного водорода уменьшается, если в аморфные сплавы T i — iNi добавить бор и кремний.Следовательно, количество водорода, абсорбированного аморфными сплавами металл-металл, можно регулировать.9.8.4. Характеристики аморфных материаловкак абсорбатов водородаДля известных в настоящее время кристаллических абсорбатовводорода ниже приведены значения максимальных количеств абсорбированного водорода и средней упругости диссоциации приоп р едел ен н ой тем пературе:Сплав[Н/М ]тах.....................................Давление при абсорбции, МПа , . .Температура абсорбции, К . .
. ...Е сл и ср а в н и ть эти ха р а к т ер и ст и к иl.aNi|51,00,3294FeTiMg2Ni0,950,53031,30 ■0,4571'С к о л и ч еств о мводорода,приходящимся на 1 моль аморфных сплавов, то можно заметить,что аморфные сплавы обладают такой же абсорбирующей способностью, как и кристаллические. Однако по массовым концентрациям аморфные сплаву отстают.Обычно к абсорбатам водорода предъявляют следующие требования.1. Количество абсорбированного водорода должно быть большим.2. Теплота образования гидридов должна быть мала, при,этомдолжна сохраняться соответствующая средняя упругость диссоциации водорода в области комнатных температур.3.
Циклы абсорбции и десорбции водорода не должны укорачиваться, а абсорбирующая способность не должна ухудшаться.4. Абсорбирующая способность не должна ухудшаться в зависимости от загрязнения водородного газа разного рода примесями.5. Абсорбат должен быть дешевым.Вопрос о том, можно ли исрользовать аморфные сплавы в качестве материалов, поглощающих водород, до сих пор полностью нерешен. Тем не менее понятно, что в аморфных сплавах тенденция ксокращению циклов абсорбции и десорбции водорода выраженаотносительно слабо. Кроме того, в случае аморфных сплавов количество абсорбированного и десорбированного водорода при низкихтемпературах достаточно велико.
В будущем, вероятно, можноожидать применения аморфных металлов в качестве абсорбатовводорода, так как они имеют очевидные преимущества: возмбжность широкого выбора химического состава, большую величинумаксимального абсорбированного количества водорода, независимость абсорбирующей способности от степени загрязненности газаи т. д.290Г л а в а 10.СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕАМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВВ настоящее время происходит интенсивный процесс изучения возможностей практического использования аморфных металлическихматериалов.
Уже имеется довольно большое число успешных разработок. В данной главе в общих чертах анализируются различныефакторы, влияющие на свойства аморфных металлов, описываютсяпримеры их практического применения, а также рассматриваютсяосновные тенденции в этом направлении.10.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ,КОНТРОЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВНа протяжении всего изложения мы старались подчеркнуть тумысль, что свойства аморфных металлов в большей или меньшейстепени формируются под воздействием многообразных факторов.В табл. 10.1 схематично показаны основные аспекты влияния различных внутренних и внешних условий на характеристики аморфных металлов.
При разработке материалов для практического использования необходимо в полной мере учитывать все эти условия,но в первую очередь это относится, разумеется, к технологическимфакторам.Таблица10.1. Ф ак торы , контрол и рую щ и е св о й с т в а ам орф н ы х м етал л о в-Контролирующие факторыСвойствовнешниеСпособность к аморфизацииТермическая стабильностьТемпература—ДавлениеЭлектросопротивление(сверхпрово- Скоростьохлаждениядимость)ДеформацияТермическая стабильностьУпругостьАтмосфераТвердость, прочностьПластичность, вязкостьМагнитная проницаемостьКоррозионная стойкостьвнутренниеАтомные конфигурацииЭлектронные состоянияХимический составСтруктураДиффузияПревращенияВ случае кристаллических металлических материалов важнымифакторами, влияющими на их свойства, являются химический состав сплава, термическая и механическая обработки, позволяющиеуправлять структурой металла.
О важности этих факторов свидетельствует хотя бы то обстоятельство, что в ходе технического прогресса выделились соответствующие отрасли науки и техники. Всеэто в равной степени должно относиться и к аморфйым металлам,технологические аспекты получения и обработки которых в буду291щем, вероятно, перерастут в крупномасштабные научно-исследовательские задачи промышленного характера. К главным технологическим аспектам, контролирующим свойства аморфных металлов,по-видимому, следует отнести:условия охлаждения при изготовлении (в частности, здесь важна скорость охлаждения);химический состав сплава;механическая обработка (деформация);термическая обработка;воздействие внешней среды (например, атмосферного воздуха).Существенным отличием аморфных металлов от кристаллических является необходимость проведения быстрого охлаждения приих производстве. В процессе охлаждения расплавленный, металламорфизируется только при наличии необходимых для этого условий.
Эти условия подробно рассмотрены в главе 2, из них наиболееважным является обеспечение нужной скорости охлаждения. Серьезного внимания заслуживает также вопрос о том, как изменяютсясвойства и стабильность аморфной фазы в зависимости от условийохлаждения. Кроме того, поскольку аморфная структура являетсятермодинамически неравновесной, она в большей мере, чем кристаллическая, чувствительна к таким внешним воздействиям, кактемпература, Давление, деформация. Это в значительной степениопределяет технологические схемы термической и механической обработки.
При этом нужно учитывать, что в аморфных металлах отсутствуют такие присущие кристаллическим металлам дефекты,как примеси, сегрегации, дендритная неоднородность, границы зерен, поэтому микроскопические изменения атомных конфигурацийв аморфных металлах (структурная релаксация, изменение ближнего порядка и т.
д.) и кристаллизация (фазовое расслоение и выделение кристаллических фаз) довольно сильно отражается на'свойствах.10.1.1. Влияние условий охлажденияАморфные металлы можно 'получать весьма разнообразнымиспособами (см. гл. 2). Условия охлаждения и механизмы аморфизации при этом различаются. В случае применения методов напыления, распыления и металлизации полной ясности в отношениимеханизмов аморфизации и условий охлаждения пока нет. Что касается получения аморфных металлов методами закалки из жидкого состояния, то эти случаи исследованы достаточно подробно, нопоскольку все же имеются ощутимые различия как в процессах затвердевания, так и в условиях охлаждения при применении разныхмодификаций метода, в полной мере оценить влияние охлажденияна свойствах аморфных металлов здесь пока также не представляется возможным.
Сложность проблемы заключается также и в том,что влияние охлаждения на свойства того или иного аморфногосплава тесно связано с его способностью к аморфизации. Поэтомупока необходимо в каждом случае проводить тщательное исследо292вание на данном конкретном сплаве при использовании даннойконкретной установки для аморфизации.В общих чертах, однако, известно, как влияет скорость охлаждения при получении аморфных металлов на такие их свойства, как,,например, температура кристаллизации, вязкость, магнитная проницаемость, упругость и др. Установлено, что это влияние весьмасущественно, поэтому для массового производства аморфных металлических материалов важным вопросом является обеспечениедостаточно надежной регулировки условий охлаждения.10.1.2. Влияние химического составаСвойства аморфных металлов и сплавов могут сильно изменяться в зависимости от их химического состава. То обстоятельство, что,в отличии от стабильного кристаллического состояния, при получении аморфного состояния можно достаточно произвольно смешивать многие элементы, весьма существенно отражается на особенностях аморфных сплавов, сильно отличающихся по свойствам orсвоих кристаллических аналогов.
В этом смысле крайне необходима разработка методов прогнозирования составов аморфных сплавов.В главе 2 была Дана общая классификация аморфных сплавов,согласно которой их относят к одному из двух классов: к сплавамтипа металл-металлоид и к сплавам типа металл-металл, в зависимости от того, какой элемент — металл или металлоид — является аморфизатором,-Например, в качестве металлоидов— аморфизаторов железа обычно служат бор, углерод, кремний и фосфор.Свойства аморфного сплава, естественно, существенным образомзависят от того, какой из этих элементов вводится как аморфизатор. По данным, приведенным в табл. 10.2, можно судить о влиянииаморфизирующих металлоидов на свойства сплавов на основе ж елеза. Видно, что влияние это различно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
