Нанокристаллические металлические материалы

Тематика проводимых работ связана с изучением условий формирования нанокристаллической структуры из аморфного состояния, исследованием образующейся структуры и ее эволюции, измерением физических свойств и, в конечном итоге, установлением корреляции структура - свойства.

Кристаллизация аморфных сплавов приводит к существенному изменению большинства физических свойств. Она протекает путем зарождения и роста кристаллов в аморфной фазе. При этом имеется уникальная возможность изучать при контролируемых условиях рост кристаллов в изотропной среде и контролировать применимость классических теорий зарождения и роста при больших переохлаждениях. При переходе системы через температуру стеклования (T g ) аморфные сплавы переходят из состояния переохлажденной жидкости (при T > Tg ) в аморфное состояние (при T < T g ) и при этом происходит резкое изменение свойств. Поэтому очень важно изучение и анализ фазовых превращений, их кинетических параметров и образующихся при кристаллизации структур с точки зрения положения температуры превращения в одном из двух принципиально разных температурных интервалов: выше и ниже температуры стеклования (T g ). Этот подход открывает возможности управления образующейся структурой путем воздействия на исходный аморфный сплав. Изучение зависимости кинетических параметров кристаллизации, морфологии и фазового состава образующихся структур от Т/T g проводилось на сплавах Cu-Ti,. Ni - Mo - B , Ni - Mo - P , в которых Т х <T g , а также Al - Ni - RE и др., в которых обычно Т х > T g (Т х – температура кристаллизации). Кристаллизация аморфных сплавов происходит, как правило, в условиях существования больших движущих сил и малых диффузионных подвижностей. Эти условия благоприятствуют, скорее, зарождению, а не росту кристаллов. Учитывая также, что исходная аморфная фаза однородна, можно ожидать, что кристаллизация исключительно благоприятна для создания однородной дисперсной структуры. Двухфазная структура, сочетающая в себе свойства аморфной и кристаллической фаз, может иметь свойства, отличающиеся как от полностью закристаллизованных, так и от аморфных материалов.

Кристаллизация аморфных сплавов имеет ряд практических приложений. Частично или полностью закристаллизовавшиеся аморфные сплавы могут быть использованы для получения новых микроструктур, недостижимых другими способами. К таким структурам в полной мере относятся нанокристаллические материалы, образованные при нагреве аморфных сплавов, обладающие комплексом высоких физических свойств. В таких материалах значительная часть атомов располагается в поверхностях раздела, которые часто представляют собой слои аморфной матрицы. Эта необычная структура определяет и свойства материала. Они являются высокопрочными, коррозионно-стойкими, имеют хорошие магнитные характеристики. Как правило, нанокристаллические материалы вследствие применяемых методов получения аморфных сплавов имеют форму тонких (~ 30 мкм) лент, что приводит к ограничениям их использования. Недавно появилась новая группа аморфных сплавов – объемные (или массивные) аморфные сплавы, имеющие более сложный состав и не требующие вследствие этого больших скоростей охлаждения для фиксации некристаллического состояния при затвердевании. Полученные аморфные сплавы имеют существенно большие размеры и, если в них удастся сформировать нанокристаллическую структуру и свойства окажутся достаточно хорошими, перспективы использования этих материалов окажутся значительно более широкими.

Понимание принципов формирования структур при кристаллизации аморфной фазы в разных температурных интервалах и разработка способов эффективного воздействия на эти процессы представляются принципиальными, так как в настоящее время не ясны механизмы многих процессов, являющихся ключевыми для понимания условий формирования структуры и определяющих структурно-чувствительные свойства. Например, не ясны механизм зарождения нанокристаллов; явления, определяющие стабильность нанокристаллической структуры и ее свойства; роль аморфной фазы в формировании и распаде нанокристаллической структуры.

Целью данных исследований явилось изучение закономерностей структурных и фазовых превращений, происходящих при кристаллизации аморфной фазы, механизмов формирования нанокристаллической структуры, их кинетики, магнитных и механических свойств, роли аморфной фазы в формировании, эволюции и распаде этих материалов, а также установление корреляции структура – свойства. Данные исследования позволяют определить вышеуказанные закономерности и установить пути создания новых групп нанокристаллических материалов с высокими физическими свойствами.

Эксперименты проводились на большой группе систем металл-металл и металл-металлоид на основе Al , Zr , Ni , Fe , Cu , Mg и др. с помощью рентгенографии, электронной микроскопии (просвечивающей, растровой, сканирующей на просвет и на отражение), локального рентгеноспектрального анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, Оже электронной спектроскопии, измерения механических и магнитных свойств.

Работы велись при поддержке :

1. INTAS 96-2126 «Bulk Metallic Glasses: Formation, Thermal Stability, Mechanical Properties and Oxidation», руководитель – А . С . Аронин (1996-1999)

2. РФФИ 99-02-17459 «Комплексное исследование методами рентгенографии и электронной микроскопии строения наноструктур, полученных кристаллизацией металлических стекол», руководитель – А.С.Аронин

3. РФФИ 99-02-17477 «Нанокристаллические легкие сплавы: формирование, структура, свойства», руководитель – Г.Е.Абросимова

4. РФФИ 03-02-17227 “Закономерности формирования, особенности структуры и свойств объемных нанокристаллических материалов, полученных кристаллизацией аморфных сплавов на основе Fe и Zr», руководитель – А.С.Аронин

5. Программы Президиума РАН «Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов» , проект «Новые материалы с наноразмерной структурой: получение, исследование структуры, механических и физических свойств»

6. Программы ОФН РАН «Новые материалы и структуры».

Публикации:

•  G.E.Abrosimova, A.S.Aronin, Yu.V.Kir'janov, I.I.Zver'kova, V.V.Molokanov, H.Alves, U.K o ster «The formation, structure and properties of nanocrystalline Ni-Mo-B alloys» - J.Mater. Sci. 34 (1999) 1611-1618

•  G.E.Abrosimova, A.S.Aronin, E.Yu.Ignat'eva, V.V.Molokanov «Phase decomposition and nanocrystallization in amorphous Ni 70 Mo 10 P 20 alloy» - JMMM, 203 (1999) 169-171

•  Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин, А.Ф.Гуров, Ю.В.Кирьянов, В.В.Молоканов «Начальные стадии распада аморфной фазы в массивном металлическом стекле Zr-Cu-Ti , ФТТ, 41 (1999), N 7, 1129-1133

•  G.E.Abrosimova, A.S.Aronin, Yu.V.Kir'janov, T.F.Gloriant, A.L.Greer, «Nanostructure and microhardness of Al 86 Ni 11 Yb 3 nanocrystalline alloy» - NanoStructured Materials, 12 (1999) 617-620

•  V.Cremaschi, B.Arcondo, H.Sirkin, M.Vazquez, A.Asenjo, J.M.Garcia, G.Abrosimova, A.Aronin, «Huge magnetic hardening ascribed to metastable crystallites during first stages of devitrification of amorphous FeSiBNbSn alloys» – J. Mater. Res., 2000, v. 15, N 9, 1936-1942

•  Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин, А.Ф.Гуров «Образование и структура легких нанокристаллических сплавов в системе Al-Ni-РЗМ» – ФММ, 2000, т. 90, N 2, 95-100

•  A.S.Aronin , G.E.Abrosimova, A.F.Gurov, Yu.V.Kir'janov, V.V.Molokanov «Nanocrystallization of bulk Zr-Cu-Ti metallic glass», Mater. Sci. Eng., А304-306, 2001, 375-379

•  G.Abrosimova, A.S.Aronin, Yu.V.Kir'janov, D.V.Matveev, V.V.Molokanov, I.I.Zver'kova «Crystalline layer on the surface of Zr-base bulk metallic glasses» - J.Non_Cryst. Solids, 288, 2001, 121-126

•  G.Abrosimova, A.S.Aronin, Yu.V.Kir'janov, D.V.Matveev, I.I.Zver'kova V.V.Molokanov, S.Pan, A.Slipenyuk, «The structure and mechanical properties of bulk Zr 50 Ti 16.5 Cu 14 Ni 18.5 metallic glass», J.Mater.Sci., 36 (2001) N 16, 3933-3939

• А.Аронин, Г.Абросимова, Ю.Кирьянов, «Образование и структура нанокристаллов в сплаве Al86Ni11Yb3» –ФТТ, 43 (2001) N11, 1925-1933

• Н.П.Кобелев, Я.М.Сойфер, Г.Е.Абросимова, И.Г.Бродова, А.Н.Манухин «Высокомодульная метастабильная фаза в сплавах системы Mg-Ni-Y» - ФТТ, 43 (2001), N 10, 1735-1738

• V.Sh.Shekthman, S.K.Dolukhanyan, G.E.Abrosimova, K.A.Abrahamyan, A.G.Aleksanyan, N.N.Aghajanyan, O.P.Ter-Galstyan «The nanocrystalline forming by combustion synthesis of Ti(Zr) hydrides – Int. J.Hydrogen Energy, 26, 2001, 435-440

• Г.Е.Абросимова «Образование метастабильной фазы при кристаллизации легких аморфных сплавов системы Mg-Ni-Y» - ФТТ, 44, 2002, N2, 198-202

• Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин «Тонкая структура ГЦК нанокристаллов в сплавах на основе Al и Ni» - ФТТ, 44 (2002) N6, 961-965

•  Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин, И.И.Зверькова «Фазовые превращения при кристаллизации аморфных сплавов Al-Ni-RE» - ФММ, 94, 2002 N1, 1-6.

• Е.Ю.Игнатьева, Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин «Фазовые превращения в аморфном сплаве Ni 70 Mo 10 P 20 при нагреве» - ФММ, 95 (2003), N6, 65-70

• Г.Е. Абросимова, А.С. Аронин, Ю.П. Кабанов, Д.В. Матвеев, В.В. Молоканов «Магнитная структура и свойства массивного сплава Fe 72 Al 5 P 10 Ga 2 C 6 B 4 Si 1 в аморфном и нанокристаллическом состоянии» - ФТТ, 46 (2004) N5, 858-863

•  Г.Е. Абросимова, А.С. Аронин, Ю.П. Кабанов, Д.В. Матвеев, В.В. Молоканов, О.Г.Рыбченко «Зависимость структуры и магнитных свойств массивного аморфного сплава Fe 72 Al 5 P 10 Ga 2 C 6 B 4 Si 1 от термообработки» - ФТТ, 46 (2004) (принята в печать)

• Г.Е. Абросимова, А.С. Аронин, Д.В. Матвеев, В.В. Молоканов «Образование и структура нанокристаллов в массивном металлическом стекле Zr 50 Ti 16.5 Cu 15 Ni 18.6 ” – ФТТ, 46 (2004)

Copyright ©2005 LSR ISSP RAS

О лаборатории    Направления исследований    Сотрудники и контакты    Экспериментальные возможности    Публикации    Проекты и гранты