Введение к работе
Современные требования к материалам нового поколения, используемым в конструкциях воздушного транспорта и наземных конструкциях, предполагают создание легких и прочных сплавов, способных выдерживать длительные высокотемпературные воздействия. Перспективными являются аморфные сплавы на основе алюминия (80-90 ат.% А1) с добавками переходных (ПМ) и редкоземельных (РЗМ) металлов, имеющие высокую прочность в сочетании с хорошей пластичностью и высокой коррозионной стойкостью [Л1].
Настоящая работа направлена на исследование структурных превращений и релаксационных процессов в расплавах системы А1-ПМ-РЗМ. Основой является фундаментальная идея о возможности улучшения структуры и свойств сплавов путем оптимизации условий получения, учитывающих два явления, наблюдаемых во многих металлических жидкостях - структурные превращения при определенных температурах [Л2] и осциллирующие релаксационные процессы в неравновесном состоянии [ЛЗ]. В связи со сложностью и неоднозначностью в интерпретации экспериментальных данных прямых дифракционных методов, при исследовании состояния металлических расплавов более информативными являются исследования их структурно-чувствительных свойств (вязкости, плотности, магнитной восприимчивости). На температурных и временных зависимостях этих свойств структурные превращения и релаксационные процессы, происходящие в расплаве, проявляются в виде особенностей различного типа (изломов, перегибов, скачков).
В данной работе при изучении особенностей состояния жидких сплавов использована кинематическая вязкость, как наиболее структурно-чувствительное свойство расплава. В качестве объектов исследования выбраны бинарные системы Al-Ni и A1-Y, а также аморфизующиеся сплавы Al-(Ni/Co)-РЗМ в области богатой алюминием.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование температурно-временного поведения вязкости расплавов Al-Ni, A1-Y, многокомпонентных Al-(Ni/Co)-P3M с содержанием алюминия более 90 ат.% и выяснение природы и механизма релаксационных процессов в многокомпонентных расплавах системы А1-ПМ-РЗМ.
В работе решались следующие ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ: 1. Исследование температурных, временных и концентрационной зависимостей вязкости расплавов Al-Ni с содержанием никеля до 10 ат.%.
-
Исследование температурных и временных зависимостей вязкости расплавов A1-Y с содержанием иттрия до 10 ат.%.
-
Исследование температурных и временных зависимостей вязкости стекло-образующих расплавов Al86Ni8La6, Al86Ni8Ce6, Al87NigYj, Als6Ni6Co2Gd4Tb2, Al86Ni6Co2Gd4Y2.
-
Исследование влияния термовременной обработки расплавов бинарных систем Al-Ni и A1-Y (область, богатая алюминием) на процессы их кристаллизации при различных скоростях охлаждения расплавов:
-
Впервые обнаружен немонотонный характер концентрационной зависимости вязкости расплавов системы Al-Ni с максимумом вблизи 1,5 ат.% и минимумом вблизи 2,7 ат.% Ni.
-
Впервые обнаружены немонотонные необратимые изменения вязкости расплавов A1-Y и Al86Ni8La6, Al86Ni8Ce6, Al87Ni8Y5> АІ^ібСогОсІДЬг, Al86Ni6Co2Gd4Y2 после плавления, обусловленные релаксацией неравновесного состояния расплавов.
-
Предложен механизм немонотонных релаксационных процессов в неравновесных расплавах.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается использованием апробированных и контролируемых методик, статистико-вероятностной обработкой данных, воспроизводимостью результатов экспериментов и сравнением с имеющимися литературными данными по свойствам жидких металлов и сплавов.
Решение поставленных в работе задач имеет фундаментальное и прикладное значение. Сплавы на основе алюминия, обладающие малой плотностью, достаточно высокими прочностью (в пересчете на грамм веса) и коррозионной устойчивостью, являются перспективными материалами для создания конструкций, надежно работающих в экстремальных условиях. Полученные температурные, временные и концентрационные зависимости вязкости жидких сплавов системы Al-Ni-РЗМ могут быть использованы в качестве справочных теплофизических данных, при разработке технологии получения металлических материалов на основе алюминия с улучшенными служебными свойствами. Результаты соответствуют мировому уровню в области экспериментальных исследований жидких металлических сплавов.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ, проводимых в лаборатории аморфных сплавов отдела структурно-фазовых превращений ФТИ УрО РАН, г. Ижевск (№ государственной регистрации 0120.0 603321), тематическим планом НИР УдГУ, г. Ижевск (№ 1.4.09), гранта РФФИ «Структурные переходы в расплавах А1-ПМ-РЗМ и их влияние на амор-физацию и формирование нанокристаллических состояний в быстрозакаленных сплавах» (№ 08-03-90415-Укр_а).
-
Немонотонный характер концентрационной зависимости вязкости расплавов бинарной системы Al-Ni с максимумом вблизи 1,5 ат.% Ni и минимумом значений вблизи 2,7 ат.% Ni, обусловленный изменением типа композиционного ближнего упорядочения в жидких сплавах при изменении состава.
-
Изменение морфологии формирующейся в результате закалки в воду микроструктуры сплавов A1-Y после увеличения изотермической выдержки расплава, обусловленное его переходом из неравновесного состояния в равновесное в результате разрушения с течением времени остаточных атомных микрогруппировок.
-
Немонотонное изменение температурных и временных зависимостей вязкости расплавов Al-Y, Al86Ni8La6, Al86Ni8Ce6, Al87Ni8Y5, Al86Ni6Co2Gd4Tb2, Al86Ni6Co2Gd4Y2, обусловленное необратимым разрушением неравновесных атомных микрогруппировок.
Диссертация является законченной научной работой, в которой обобщены результаты исследований, полученные лично автором и в соавторстве.
Автором исследованы температурные и временные зависимости вязкости расплавов системы A1-Y, проведена статистико-вероятностная обработка экспериментальных данных. Отработана методика получения шлифов для металлографических исследований литых сплавов систем Al-Ni, Al-Y и модельных сплавов Al86Ni8La6, Al87Ni8Y5 с большой (~ 0,5 см) и малой (~ 40 мкм) площадью поверхности, проведен их металлографический анализ после различных термовременных обработок расплава. Автором обработаны и проанализированы рентгенограммы и термограммы ДТА исследованных сплавов.
Совместно с соавторами публикаций проведены исследования вязкости расплавов Al-Ni, Al86Ni8La6, Al86Ni8Ce6, Alg7Ni8Ys, Al86Ni6Co2Gd4Y2,
Als6Ni6Co2Gd4Tb2 и предложен механизм немонотонных релаксационных процессов в неравновесных расплавах.
Обсуждение экспериментальных результатов и их интерпретация проводились совместно с научным руководителем и соавторами публикаций. Основные положения и выводы диссертационной работы сформулированы автором.
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 6 международных и 12 российских научных конференциях и семинарах: 13th International Conference on Liquid and Amorphous Metals (Ekaterinburg, 2007); IV Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2007); 7-th International Liquid Matter Conference (Lund, Sweden, 2008); 4-th Noclams Workshop «New Opportunities and Challenges for Liquid and Amorphous Material Science" (Grenoble, 2008); II Международном симпозиуме «Плавление, кристаллизация металлов и оксидов» (МСМО-2009) (Ростов-на-Дону); X Китайско-Российском симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Цзясин-2009); V Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург-2009) и др.
Основное содержание диссертационной работы отражено в 7 статьях в рецензируемых научных журналах (2 входят в перечень российских журналов ВАК, 3 - в зарубежных журналах), 5 статьях в сборниках научных трудов и 14 тезисах докладов конференций.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов по каждой главе, основных результатов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 123 страницах, содержит 7 таблиц и 59 рисунков. Список цитируемой литературы включает 191 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.
