Термическая устойчивость, кинетика и механизмы распада нанокомпозитных структур в сплавах на основе Al

С. Г. Рассолов$^{1,2}$, Е. А. Свиридова$^{1}$, В. В. Максимов$^{2}$, В. К. Носенко$^{3}$, И. В. Жихарев$^{1,2}$, Д. В. Матвеев$^{4}$, Е. А. Першина$^{4}$, В. И. Ткач$^{1,2}$

$^{1}$Луганский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Оборонная, 2, 91011 Луганск, Украина
$^{2}$Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины, ул. Р. Люксембург, 72, 83114 Донецк, Украина
$^{3}$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{4}$Институт физики твёрдого тела РАН, ул. Академика Осипьяна, 2, 142432 Черноголовка, РФ

Получена: 17.10.2014; окончательный вариант - 07.07.2015. Скачать: PDF

Методами рентгеновской дифрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, измерений электросопротивления и микротвёрдости исследованы термическая устойчивость, кинетика и механизмы процессов распада нанофазных композитов (нанокристаллы Al + остаточная аморфная матрица), образующихся на первой стадии кристаллизации аморфных сплавов Al$_{90}$Y$_{10}$, Al$_{87}$Ni$_{8}$Gd$_{5}$ и Al$_{86}$Ni$_{6}$Co$_{2}$Gd$_{6}$. Показано, что максимальные значения микротвёрдости сплавов (3,8—5,4 ГПа) достигаются в аморфно-нанокристаллических структурных состояниях, а степень разупрочнения, обусловленная полной кристаллизацией остаточной аморфной фазы, существенно возрастает при увеличении среднего размера зерна структурных составляющих. Путём совместного анализа кинетических и структурных данных установлено, что вторые стадии кристаллизации в исследованных сплавах происходят по следующим механизмам: гомогенного зарождения и диффузионно-контролируемого роста нанокристаллов метастабильного интерметаллида Al$_{4}$Y одновременно с нанокристаллами Al (в Al$_{90}$Y$_{10}$), нестационарного зарождения с возрастающей со временем скоростью и контролируемого диффузией на межфазной границе роста кристаллов равновесных интерметаллидов Al$_{3}$Ni и Al$_{23}$Ni$_{6}$Gd$_{4}$ (в Al$_{87}$Ni$_{8}$Gd$_{5}$), а также диффузионно-контролируемого роста нанокристаллов Al, инициированного формированием нанокристаллов неидентифицированного метастабильного интерметаллического соединения (в Al$_{86}$Ni$_{6}$Co$_{2}$Gd$_{6}$). Показано, что величины температурных диапазонов устойчивости двухфазных нанокомпозитных структур и энергий активации их распада коррелируют друг с другом и существенно выше для сплавов, в которых вторые стадии кристаллизации являются завершающими и протекают по механизмам зарождения и роста кристаллов метастабильных или равновесных интерметаллических соединений.

Ключевые слова: аморфные сплавы на основе Al, нанокомпозитные структуры, термическая устойчивость, кинетика и механизм кристаллизации, зарождение, микротвёрдость.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v37/i08/1089.html

PACS: 61.43.Dq, 61.46.Hk, 62.23.Pq, 64.70.Nd, 64.70.pe, 81.07.Bc, 81.40.Ef


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. A. Inoue, K. Ohtera, A. P. Tsai, and T. Masumoto, Jpn. J. Appl. Phys., 27: L280 (1988). Crossref
  2. A. Inoue and H. Kimura, J. Light Met., 1: 31 (2001). Crossref
  3. V. V. Maslov, V. I. Tkach, V. K. Nosenko, S. G. Rassolov, V. V. Popov, V. V. Maksimov, and E. S. Segida, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 33, No. 5: 663 (2011) (in Russian).
  4. P. Rizzi and L. Battezzati, J. Alloy Compd., 434: 36 (2007). Crossref
  5. C. Gao and G. J. Shiflet, Intermetallics, 10: 1131 (2002). Crossref
  6. B. J. Yang, J. H. Yao, J. Zhang, H. W. Yang, J. O. Wang, and E. Ma, Scr. Mater., 61: 423 (2009). Crossref
  7. J. C. Li, Z. K. Zhao, and Q. Jiang, Mater. Sci. Eng. A, 339: 205 (2003). Crossref
  8. A. B. El-Shabasy, H. A. Hassan, Y. Liu, D. Li, and J. J. Lewandowski, Mater. Sci. Eng. A, 513–514: 202 (2009). Crossref
  9. K. B. Surreddi, S. Scudino, H. V. Nguyen, K. Nikolowski, M. Stoica, M. Sakaliyska, J. S. Kim, T. Gemming, J. Vierke, M. Wollgarten, and J. Eckert, J. Phys.: Conf. Ser., 144: 012079 (2009). Crossref
  10. O. N. Senkov, D. B. Miracle, J. M. Scott, and S. V. Senkova, J. Alloy Compd., 365: 126 (2004). Crossref
  11. A. P. Shpak, V. N. Varyukhin, V. I. Tkatch, V. V. Maslov, Y. Y. Beygelzimer, S. G. Synkov, V. K. Nosenko, and S. G. Rassolov, Mater. Sci. Eng. A, 425: 172 (2006). Crossref
  12. K. L. Sahoo, M. Wollgarten, J. Haug, and J. Banhart, Acta Mater., 53: 3861 (2005). Crossref
  13. V. K. Nosenko, E. A. Segida, A. A. Nazarenko, V. V. Maksimov, E. A. Sviridova, and S. A. Kostyrya, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 11, No. 1: 57 (2013) (in Russian).
  14. S. S. Gorelik, Yu. A. Skakov, and L. N. Rastorguev, Rentgenograficheskiy i Elektronno-Mikroskopicheskiy Analiz [Roentgenographic and Electron-Microscopy Analysis] (Moscow: MISiS: 2002) (in Russian).
  15. G. E. Abrosimova and A. S. Aronin, Fizika Tverdogo Tela, 44: 961 (2002) (in Russian).
  16. P. Wesseling, B. C. Ko, and J. J. Lewandowski, Scr. Mater., 48: 1537 (2003). Crossref
  17. M. Kusy, P. Riello, and L. Battezzati, Acta Materialia, 52: 5031 (2004). Crossref
  18. J. O. Wang, H. W. Zhang, X. J. Gu, K. Lu, F. Sommer, and E. J. Mittemeijer, Mater. Sci. Eng. A, 375–377: 980 (2004). Crossref
  19. G. E. Abrosimova, A. S. Aronin, O. I. Barkalov, and M. M. Dement’eva, Fizika Tverdogo Tela, 55: 1773 (2013) (in Russian).
  20. G. E. Abrosimova, A. S. Aronin, Y. V. Kir’janov, T. F. Gloriant, and A. L. Greer, Nanostructured Materials, 12: 617 (1999). Crossref
  21. V. I. Tkatch, S. G. Rassolov, V. V. Popov, V. V. Maksimov, V. V. Maslov, V. K. Nosenko, A. S. Aronin, G. E. Abrosimova, and O. G. Rybchenko, J. Non-Cryst. Solids, 357: 1628 (2011). Crossref
  22. J. Antonowicz, P. Jaskiewicz, L. Nowinski, and K. Pekala, J. Non-Cryst. Solids, 329: 77 (2003). Crossref
  23. F. A. Shunk, Constitution of Binary Alloys. Second Supplement (New York: McGraw-Hill: 1969).
  24. P. I. Kripyakevich and E. I. Gladyshevskj, Kristallografiya, 6, No. 1: 118 (1961) (in Russian).
  25. Q. Li, E. Johnson, M. B. Madsen, A. Johansen, and L. Sarholt-Kristensen, Philosophical Magazine B, 66, No. 4: 427 (1992). Crossref
  26. S. Mudry, Y. Kulyk, B. Kotur, M. Kovbuz, and O. Hertsyk, Arch. Mater. Sci., 25, No. 4: 373 (2004).
  27. M. C. Gao, F. Guo, S. J. Poon, and G. J. Shiflet, Mater. Sci. Eng. A, 485: 532 (2008). Crossref
  28. H. E. Kissinger, J. Res. Natl. Bur. Stand., 57, No. 4: 217 (1956). Crossref
  29. A. N. Kolmogorov, Bull. Acad. Sci. USSR. Ser. Math., 3: 355 (1937) (in Russian); W. A. Johnson and R. E. Mehl, Trans. Amer. Inst. Min. Met., 135: 416 (1939); M. Avrami, J. Chem. Phys., 7, No. 12: 1103 (1939). Crossref
  30. J. W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys (Oxford: Pergamon: 1965).
  31. V. I. Tkach, S. G. Rassolov, T. N. Moiseeva, and V. V. Popov, Phys. Met. Metallogr., 104, No. 5: 478 (2007). Crossref
  32. A. K. Gangopadhyay, T. K. Croat, and K. F. Kelton, Acta Mater., 48: 4797 (2000). Crossref
  33. S. G. Rassolov, V. I. Tkatch, V. V. Maslov, V. V. Maksimov, K. A. Svyrydova, and I. V. Zhikharev, phys. status solidi (c), 7, No. 5: 1340 (2010). Crossref
  34. U. Köster and U. Herold, Glassy Metals I (Eds. H. J. Günterodt and H. Beck) (New York: Springer: 1981).
  35. G. Yu and J. K. L. Lai, J. Appl. Phys., 79: 3504 (1996). Crossref
  36. T. Kasuya, K. Ischikawa, M. Fuji, and H. K. D. H. Bhadeshia, Mater. Sci. Technol., 15, No. 4: 471 (1999). Crossref
  37. K. Kristiakova and P. Svec, Mater. Sci. Eng. A, 304–306: 343 (2001). Crossref