Исследование методом гамма-резонансной спектроскопии некоторых высокодисперсных материалов Соломатин, Алексей Сергеевич

Введение к работе

Актуальность темы.

Гамма-резонансная (мессбауэровская) спектроскопия (ГРС) является неразрушающим методом исследований строения вещества. В настоящее время в промышленности широко используются аморфные сплавы, легированные стали, начинают использоваться магнитные жидкости, на очереди стоят высокотемпературные сверхпроводники.

Свойства всех этих веществ зависят от их дисперсной структуры. Поэтому актуальны исследования данных материалов различными методами, в том числе ГРС, имеющей определенные преимущества при изучении подобных объектов. Особенно эти преимущества сказываются при изучении различньж способов синтеза исследуемых объектов. Это позволяет, сопоставив результаты таких исследований с результатами, полученными другими методами (электронная микроскопия, рентгеновская дифракгометрия, и другие), получить более подробную и ценную информацию о физико-химических свойствах вещества на атомном и молекулярном уровнях, об объемных и поверхностных превращениях после внешних физико-химических воздействий, определить связь между свойствами этих материалов и степенью дисперсности их структуры. Последнее и является темой диссертации.

Несмотря на то, что количество мёссбауэровских исследований таких материалов достаточно велико, однако, в связи с появлением новьж технологий, оно все же недостаточно для прогнозирования результатов и улучшения свойств, получаемых материалов.

Цель диссертационной работы.

I. Исследовать методами ГРС объемные и поверхностные превращения в вышеупомянутом ряде материалов (высокотемпературных сверхпроводниках, аморфных сплавах, магнитных носителях в магнитных жидкостях, нержавеющих сталях), в зависимости от их физико-химического состава, методов получения, размеров частиц и после внешних физико-химических воздействий.

П. Сопоставить полученные данные с результатами, полученными другими методами и с литературными данными. Сделать выводы о связи между дисперсной структурой материалов, и их физико-химическими свойствами.

Соответственно цели исследования были поставлены следующие конкретные задачи. Провести мессбауэровское исследование:

высокотемпературных сверхпроводящих материалов состава УВагСизО, с мелкодисперсной структурой, полученных из механоактиви рованньж компонентов шихты;

мелкодисперсных магнитных частиц из магнитных жидкостей с различным составом, размером частиц и методами их стабилизации;

легированных кремнием борсодержащих аустенитньж сталей;

структурных преобразований, происходящих при отжиге аморфньж сплавов системыГе-Р-Мп;

процесса кристаллизации при отжиге аморфньж сплавов системы Fe-P-Si;

влияния на образование нанокристаллической структуры в системе Fe-P-Si-Mn-V-C импульсного внешнего магнитного поля;

изменения ближнего окружения атомов железа в сплавах Fe-Al эквиатомного состава, полученных механохимическими методами;

низкотемпературньжрелаксационпьж процессов в аморфном сплаве "Finemet" Fe-Cu-Nb-Si-B;

процессов кристаллизации аморфных сплавов Fe-P-V.

Изучение, с использованием ГРС, прппгггдгг^тггпгшттщм ^п ПМГгфнч металлическом сплаве Fe-P-Si-Mn-V-C.

Основные положения, выносимые на защиту.

1)Результаты экспериментальных" исследований ряда высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов, относящихся к так называемым «ВТСП типа1-2-3» и имеющим высокодисперсную структуру с микронными и субмикронными размерами кристаллитов.

2) Результаты экспериментальных исследований ряда различных аморфных сплавов (АС) на основе железа, полученных с использованием различных методик: механосплавления, закалки, отжига и импульсной магнитной обработки и имеющих наноструктуру.

3} Результаты экспериментальных исследований борсодержащих аустенитных нержавеющих сталей (АНС), с различной степенью легирования кремнием, различным отжигом и закалкой.

4) Результаты экспериментальных исследований высокодисперсных магнитных частиц из магнитных жидкостей (МЖ), имевших различный состав, и системы стабилизации.

Научная новизна.

1) ГРС впервые использована для исследования поликристаллических
высоко дисперсных сверхпроводников типа 1-2-3: YBa2Cu2,985⁵⁷Fe,oisOy.

1. Изучено изменение ближайшего окружения атомов железа в сплавах Fe с А1 эквиатомного состава, полученных механохимическим синтезом. Исследовались сплавы с различной продолжительностью помола, а также после помола и последующего отжига как при низких, так и при высоких температурах.

2. При исследовании процессов кристаллизации при отжиге аморфных сплавов системы Fe-P-Mn, выявлены особенности процесса кристаллизации, снижающие склонность сплава к упрочнению при отжиге, и изучено влияние марганца на прочность сплава и на размер и состав выделяющихся малых фаз.

3. С использованием мессбауэровской спектроскопии, а также других методов физико-химического анализа изучен характер фазовых превращений при отжиге аморфных сплавов системы Fe-P-Si. и Fe-P-Si-Mn-V-C.

4. Изучено влияние внешнего импульсного магнитного поля и последующего отжига на прочность аморфного сплава Fe-P-Si-Mn-V-C и размер нанофаз. Обнаружен режим воздействия, приводящий к упрочнению сплава.

5. В работе также рассмотрен синтез магнитных жидкостей на водной основе, приготовленных с применением различных способов стабилизации малых частиц -магнитных носителей в магнитных жидкостях с помощью поверхностно-активных веществ и полимеров. При проведении мессбауэровских измерений, применялись различные способы подготовки образцов. Получены данные о взаимодействии частиц с «шубами» из ПАВ..

6. С помощью ГРС изучено влияние различных концентраций кремния на электронное окружение ядер Fe в закаленных борсодержащих сталях типа Х20Н20. Обсуждены новые и ранее известные экспериментальные данные об особенностях коррозионно-электрохимического поведения кремнийсодержащих аустенитных нержавеющих сталей.

7. Изучен процесс кристаллизации аморфных сплавов Fe-Cu-Nb-Si-B ( Finemet). Получены данные об образовании крупных медных кластеров и ковалентных комплексов.

9) Проведено мессбауэровское исследование процесса кристаллизации
аморфных сплавов системы Fe-P-V.

Практическая ценность работы.

1) Работа носит экспериментальный характер. В ней представлены некоторые экспериментальные данные, позволяющие раскрыть характер объемных и поверхностных превращений в исследованных высокодисперсных материалах (высокотемпературных сверхпроводниках, магнитных носителях в магнитных жидкостях, аморфных и иных сплавах с нанокристаллической структурой) в зависимости от способа их изготовления.

2}_При изготовлении образцов для исследований, в ряде случаев использовались исходные вещества, являвшиеся побочными продуктами различных производств (феррофосфорного, и других). Эти вещества, после специальной обработки, приобретают ценные свойства. Таким образом, учитывая наличие большого количества исходных материалов для изготовления таких веществ и их низкую стоимость, можно утверждать, что данные исследования, после их продолжения, могут привести к появлению новых технологий изготовления материалов, обладающих рядом ценных свойств, а также к улучшению экологической обстановки на производствах, т.к. исходные материалы токсичны (например, фосфорорганические соединения) и загрязняют окружающую среду.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в рецензируемых отечественных журналах и 12 тезисов, представлено 2 доклада на российских и зарубежньж конференциях, опубликованных в материалах конференций, список которьж приведен в конце реферата.

Структура и объем работы.