Термічна стійкість, кінетика та механізми розпаду нанокомпозитних структур в стопах на основі Al

С. Г. Рассолов$^{1,2}$, К. А. Свиридова$^{1}$, В. В. Максимов$^{2}$, В. К. Носенко$^{3}$, І. В. Жихарєв$^{1,2}$, Д. В. Матвеєв$^{4}$, О. О. Першина$^{4}$, В. І. Ткач$^{1,2}$

$^{1}$Луганський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Оборонна, 2, 91011 Луганськ, Україна
$^{2}$Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України, вул. Р. Люксембург, 72, 83114 Донецьк, Україна
$^{3}$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{4}$Інститут фізики твердого тіла РАН, вул. Академіка Осіп’яна, 2, 142432 Чорноголовка, РФ

Отримано: 17.10.2014; остаточний варіант - 07.07.2015. Завантажити: PDF

Методами Рентґенівської дифрактометрії, просвітної електронної мікроскопії, диференційної сканівної калориметрії, мірянь електроопору і мікротвердости досліджено термічну стійкість, кінетику і механізми процесів розпаду нанофазних композитів (нанокристали Al + залишкова аморфна матриця), що утворюються на першій стадії кристалізації аморфних стопів Al$_{90}$Y$_{10}$, Al$_{87}$Ni$_{8}$Gd$_{5}$ і Al$_{86}$Ni$_{6}$Co$_{2}$Gd$_{6}$. Показано, що максимальні значення мікротвердости стопів (3,8—5,4ГПа) досягаються в аморфно-нанокристалічних структурних станах, а ступінь знеміцнення, зумовлена повною кристалізацією залишкової аморфної фази, істотно зростає при збільшенні середнього розміру зерна структурних складових. Шляхом сумісної аналізи кінетичних і структурних даних встановлено, що другі стадії кристалізації в досліджених стопах відбуваються за наступними механізмами: гомогенного зародкоутворення і дифузійно-контрольованого росту нанокристалів метастабільного інтерметаліду Al$_{4}$Y одночасно з нанокристалами Al (у Al$_{90}$Y$_{10}$), нестаціонарного зародкоутворення із зростаючою в часі швидкістю і контрольованого дифузією на міжфазній межі росту кристалів рівноважних інтерметалідів Al$_{3}$Ni і Al$_{23}$Ni$_{6}$Gd$_{4}$ (у Al$_{87}$Ni$_{8}$Gd$_{5}$), а також дифузійно-контрольованого росту нанокристалів Al, ініційованого формуванням нанокристалів неідентифікованої метастабільної інтерметалевої сполуки (у Al$_{86}$Ni$_{6}$Co$_{2}$Gd$_{6}$). Показано, що величини температурних діяпазонів стійкости двофазних нанокомпозитних структур і енергій активації їх розпаду корелюють між собою й істотно вищі для стопів, у яких другі стадії кристалізації є заключними і перебігають за механізмами зародкоутворення і росту кристалів метастабільних або рівноважних інтерметалевих сполук.

Ключові слова: аморфні стопи на основі Al, нанокомпозитні структури, термічна стабільність, кінетика і механізм кристалізації, зародження, мікротвердість.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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