Анотація до роботи:

Євлаш І.К. Структурно-фазові перетворення та магнітні властивості нанокристалічних сплавів типу Finemet (FeCuBCuNb). Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 – фізика металів. – Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, Київ, 2004.

Дисертація присвячена вивченню взаємозв’язку умов одержання, структурно-фазових змін при нагріванні та магнітних характеристик нанокристалічних сплавів типу “Finemet. Вперше проведено комплексні дослідження взаємозв'язку між умовами отримання, хімічним складом, структурно-фазовим станом і магнітними властивостями легованих нанокристалічних сплавів типу "Finemet" (базова система FeCuNbSiB) з урахуванням особливостей їх атомної будови в початковому (аморфному) стані.

В припущенні незалежності розсіяння рентгенівських променів аморфною і кристалічною складовими розроблено новий метод і запропоновано аналітичні вирази для кількісного визначення об'ємної частки кристалічної фази в аморфно-кристалічних сплавах за повними рентгенограмами від аморфного, аморфно-кристалічного і повністю кристалічного зразків.

Встановлено немонотонний характер температурно-часових залежностей інтенсивності МКР. Розбіжність між передбаченими теорією для перетворень за механізмом зародження і росту значеннями показника ступеня Аврамі n=2,5 з отриманими в роботі експериментальними значеннями n=0,4 - 0,9 пояснюється домінуванням при переході з аморфного в нанокристалічний стан в сплавах типу "Finemet" чинника зростання над зародкоутворенням ("graine-growth kinetics"). За даними вивченої кінетики на ранніх стадіях ріст здійснюється в кінетичному режимі (d₁ ~ t) і при розмірах понад 3 нм – в дифузійно-контрольованому (d₁ ~ t^1/2 ).

Встановлено, що кількісні відмінності в динаміці зміни основних структурних параметрів (Х_с, d₁, i(s₁) та ін.) при нагріванні вивчених FМ - сплавів визначаються співвідношенням основних компонентів і наявністю в базовому сплаві Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃ легуючих добавок, стабілізуючий ефект яких зростає із зменшенням ступеня їх розчинності в залізі.

Вперше проведено комплексні дослідження взаємозв'язку умов отримання за методом спінінгування структурно-фазових змін при нагріванні і магнітних характеристик нанокристалічних сплавів типу "Finemet" різного хімічного складу, приготованих як з компонентів високої чистоти, так і з використанням промислової нерафінованої сировини. Найбільш важливими результатами, отриманими в роботі, є:

1. Показано, що для вихідного аморфного стану нанокристалічних сплавів різного складу характерними є значення висоти першого максимуму СФ i(s₁) на рівні ~3,7-3,8 од. при розмірах розсіюючих неоднорідностей (нанокластерів) 1,5 - 2,0 нм і міжатомних відстаней 0,252-0,255 нм; для однаково "рентгенаморфних" зразків значення i(s₁) на рівні 4,0-4,1 од. вказують на наявність в них вморожених центрів (гартівних зародків), що утворилися в процесі охолодження розплаву.

2. "Ступінь аморфності" одержуваних стрічок та термічна стійкість аморфної структури, яка утворилася, є чутливими до умов отримання стрічок, що визначають їх товщину (відповідно, швидкість охолодження); аморфні стрічки більшої товщини в порівнянні з тонкими характеризуються більш високими значеннями в вихідному стані, а при однакових режимах термообробки більшими значеннями закристалізованого об’єму Х_с та, відповідно, i(s₁).

3. В припущенні незалежності розсіяння рентгенівських променів аморфною і кристалічною фазами розроблено новий метод визначення об'ємної частки кристалічної фази Х_с в аморфно-кристалічних об’єктах, що базується на співставленні їх повних рентгенограм з рентгенограмами вихідного аморфного та повністю кристалічного зразків. Метод є більш інформативним у порівнянні з відомими і придатний не лише для діагностики структурного стану нанокристалічних сплавів типа Finemet, але й інших ультрадисперсних систем.

4. Вперше експериментально встановлено існування розмірної межі (~5-6 нм), вище за яку крива розсіяння рентгенівських променів набуває вигляду, характерного для кристалічних об'єктів, тоді як при менших розмірах кристалічних утворень вона є дифузною і повністю ідентична дифракційним картинам від аморфних об'єктів. Збільшення розмірів вище за вказану межу не впливає на характер рентгенограм аморфно-кристалічних і кристалічних об'єктів.

5. З використанням малокутового розсіяння рентгенівських променів встановлено, що докристалізаційні структурні перебудови в досліджених FМ- сплавах на відміну від уявлень, які існували, відбуваються вже при 350 - 400⁰С; показано, що для початкових стадій нанокристалізації характерною є наявність перехідних температурно-часових областей, коли структурні характеристики -Fe(Si) – фази, що формується (положення дифракційних максимумів, міжатомні відстані, тощо), сягають характерних для кристалічного стану з ОЦК- топологією значень лише при розмірах ~ 4 нм. Стадія росту "квазінанокристалів" характеризується лінійною кінетикою (d₁ ~ t), тобто визначається процесами на межі поділу фаз (кінетичний режим).

6. Структурно-фазові зміни у всіх досліджених FM-сплавах мають якісно схожий характер: основне перетворення при Т_а = 550⁰С (Х_с ~75-80 %) завершується встановленням метастабільної рівноваги із залишковою аморфною фазою із вмістом 20-21 ат.% Si в упорядкованих по типу DO₃ нанокристалах -Fe(Si) розміром 10-12 нм, ріст яких за даними вивчення кінетики є дифузійно-контрольованим (параболічна залежність - d₁ ~ t^1/2). Виявлено, що у всіх досліджених сплавах при температурах понад 500⁰С утворюються, крім основних кристалів -Fe(Si), кристали відмінного від них типу (ймовірно, фази, збагаченої ніобієм), максимальний розмір яких не перевищує 3,5 - 4,5 нм.

7. На прикладі сплаву Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃ показано, що кінетика ізотермічних перетворень при низьких (430⁰С) і високих (550⁰С) температурах характеризується показниками ступеня Аврамі n =0,4 0,9, які суттєво нижчі теоретичного значення n =2,5 для фазових перетворень по механізму зародження і росту. В сукупності з немонотонними температурно-часовими залежностями інтенсивності МКР, встановленими в роботі для ізотермічних та ізохронних перетворень з аморфного в кристалічний стан, це свідчить про домінування фактору росту в процесі нанокристалізації над зародкоутворенням ("graine-growth kinetics"). Вважається, що ця закономірність є характерною для досліджених тут і інших сплавів типа Finemet і обумовлена високим ступенем мікрогетерогенності вихідної аморфної структури, успадкованої з розплаву.

8. Показано, що рівень термічної стійкості досліджених FМ- сплавів залежить від співвідношення основних компонентів (Fe, Si, B) та вмісту в них легуючих елементів (Nb, Мо, тощо), стабілізуючий ефект яких при заданому співвідношенні Si/B зростає із зменшенням ступеня їх розчинності в залізі за рахунок більш ефективного гальмування росту первинних нанокристалів. Є підстави вважати, що саме цим механізмом визначається встановлена для FM-сплавів, приготованих з промислової сировини (природні домішки Mn, Cr, Co, Al і Ni), кореляція більш високих показників термічної стійкості (Х_с, d₁) з меншими значеннями і(s₁) в початковому аморфному стані порівняно з сплавами з чистих компонентів.

9. Встановлено характер залежностей основних магнітних характеристик (початкова _о і максимальна _max магнітна проникність, індукція насичення B_s, динамічна коерцитивна сила H_c і ін.) від структурно-фазового стану вивчених FМ- сплавів. Показано, що після оптимальних термообробок нанокристалічні сплави Fe₇₃Si_15.8В_7.2Cu₁Nb₃ та Fe_73.6Si_15.8В_7.2Cu₁Nb_2.4 мають більш високі магнітні характеристики в порівнянні з висококласними пермалоями 81НМА, 83НФ, що імпортуються в Україну. Проведено успішну апробацію цих сплавів в якості стрічкових магнітопроводів на підприємствах України в складі електронних лічильників електроенергії, а також високочутливих датчиків індукційних магнітометрів.

Публікації автора:

1. Маслов В.В., Носенко В.К., Неймаш В.Б., Евлаш И.К.//Влияние g-облучения на магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов базовой системы Fe-Si-B/ Вопросы атомной науки и техники. – 1998.- 3(69), 4(70).- С.38-39.

2. Маслов В.В., Ильинский А.Г., Носенко В.К., Власенко Л.Е., Евлаш И.К //Структурно-фазовые изменения в легированных сплавах типа FINEMET при нагреве / Вопросы атомной науки и техники. – 1998.- 1(67), 2(68).- С.8-11

3. Ильинский А.Г., Маслов В.В., Носенко В.К., Бровко А.П., И.К.Евлаш //Метод определения доли кристаллической фазы в аморфно-кристаллических материалах/ Металлофизика и новейшие технологии. – 1999.- т.21, №12. – С.38-45.

4.В.В.Маслов, А.Г.Ильинский, В.К.Носенко, А.П.Бровко, И.К.Евлаш //Рентгенодифракционные исследования структурных изменений в термообработанных аморфных сплавах типа Finemet/ Металлофизика и новейшие технологии. – 2000.- т.22, №3. – С.45-56.