НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНЕ ВНУТРІШНЄ ТЕРТЯ
В АМОРФНИХ ТА ЧАСТКОВО КРИСТАЛІЗОВАНИХ
СПЛАВАХ Fe-Si-B, Co-Si-B, Fe-Ni-B, Fe-Cr-B

 

Ю.О. Семеренко

ФТІНТ НАН України ім. Б.І. Вєркіна, Харків, Україна

 

Вирішення проблеми створення нових нанокристалічних матеріалів полягає у розробці методів збільшення кількості границь зерен (зокрема, границь розділу) в об’ємі матеріалу. Після піонерських робіт Г.Гляйтера та І.Д.Морохова, що продемонстрували можливість синтезу об’ємних наноматеріалів, в наступних дослідженнях було запропоновано два головних способу їх виготовлення. Перший спосіб полягає в компактуванні порошків отриманих різними способами, інший спрямований на формування наноструктур в масивних кристалічних зразках шляхом подрібнення їх мікроструктури із застосуванням інтенсивної пластичної деформації (ІПД) або вибуховою обробкою.

Аморфні та нанокристалічні сплави на основі Fe та Co суттєво перевершують кристалічні аналоги по параметрам магнітної проникності. В той же час намагнічуваність насичення нанокристалічних сплавів дуже низька. Це суттєво обмежує можливість використання нанокристалічних матеріалів які можна розглядати як двофазні аморфно-нанокристалічні системами, де об’ємне співвідношення нанокристалів та аморфної фази 4:1. Встановлено, що намагнічуваність насичення аморфного сплаву на основі Fe-Ni-Co-Si-B суттєво зростає від 0.3 Тл в початковому аморфному стані до 0.9 Тл після низькотемпературної (77 К) інтенсивної деформації в камері Бріджмена (істинна деформація більш 2.5). Ця обставина дозволяє сподіватися на можливість суттєвого підвищення магнітних параметрів нанокристалічних магнітно-м’яких сплавів поєднанням загартуванням з розплаву та низькотемпературної ІПД при умові оптимального співвідношення компонентів сплаву.

На частоті 4kHz методом резонансної акустичної спектроскопії були вивчені температурні залежності декременту d (T) та динамічного модуля Юнга Е(T) аморфних та частково кристалізованих сплавів системи Fe-Ni-Co-Si-B в області температур 5÷330 К. Виконано структурні дослідження методом просвічуючої електронної мікроскопії та рентгеноструктурного аналізу. Також проведено вимірювання мікротвердості при температурах 300 К та 77 К.

Встановлено, що в аморфному сплаві після загартування з розплаву, під дією тангенціальних напружень відбувається розшарування аморфної матриці на області збагачені металічними та неметалічними компонентами, після чого спостерігається часткова нанокристалізація.

Поєднання структурних методів дослідження з методами акустичної спектроскопії (спостереження за змінами петель гістерезису поблизу точки Кюрі) дозволило докладно вивчити цей незвичний структурний стан та оптимізувати склад сплаву, а також підібрати оптимальну ступінь та температуру деформації в камері Бріджмена з метою отримання найбільш стабільної композиції з максимальним магнітним ефектом. Визначено температури переходу з феромагнітного до парамагнітного стану.

Виконані дослідження дозволили підібрати оптимальну композицію та режим кріогенної ІПД магнітно-мякого сплаву Fe-Ni-Co-Si-B та досягти трьохкратного збільшення магнітної проникності (до 50 Тл м/А при намагнічуваності насичення 2.0 Тл) у порівнянні з початковим аморфним станом. До того ж отриманий в результаті такої обробки стан характеризується збільшенням на 25% твердості та тріщиностійкості. Безумовно нанокристалічний сплав з такими магнітними та механічними параметрами знайде ефективне застосування в різних галузях електроніки та високочастотної електротехніки.