Введение к работе
Актуальность работы
Среди перспективных материалов нового поколения аморфные металлические сплавы или металлические стекла (МС) играют важную роль. МС из-за их уникальных физических свойств давно являются предметом пристальных экспериментальных исследований. Под воздействием различного рода дестабилизирующих факторов (облучение, механические и/или термические воздействия, химическая обработка) в МС осуществляется переход от метастабилыюго равновесия к новому, более равновесному состоянию, сопровождающийся изменением совокупности свойств МС, в частности, существенным снижением макроскопической пластичности. В связи с этим одной из значимых проблем физики неупорядоченных сред остается проблема термической стабильности МС и контроля изменений их физических и механических характеристик.
Основные области применения аморфных металлических сплавов в настоящее время связаны с их использованием в качестве магнитомягких материалов. Перспективной областью является использование аморфных металлических сплавов в качестве магнитных головок звуко- и видеозаписи, а также в магнитных головках периферийных устройств ЭВМ. Для этого обычно используются аморфные металлические сплавы на основе кобальта с высокой индукцией насыщения, высокой проницаемостью (после термомагнитной обработки), нулевой или близкой к нулю магнитострикцией, высокой твердостью и стойкостью к истиранию. Применение аморфных металлических сплавов основано не только на их особенных магнитных свойствах. Сочетание высокого удельного электросопротивления и большого температурного коэффициента электросопротивления создает предпосылки для изготовления низкотемпературных термометров.
Ряд аморфных металлических сплавов на основе Со, Fe, Ni с добавками Сг характеризуется высокой коррозионной стойкостью во влажном воздухе, морской воде, кислотах, растворах солей и т.д.
В течение последнего десятилетия идут интенсивные исследования нового класса аморфных материалов - так называемых объемных аморфных материалов. Их особенность состоит в том, что они, во-первых, легко аморфизируіотся, то есть затвердевают в аморфном состоянии, при малых скоростях охлаждения расплава, а во-вторых, температура стеклования этих сплавов существенно ниже температуры их кристаллизации. Такие материалы можно получать в виде объемных аморфных заготовок. Объемные аморфные заготовки можно рассматривать в качестве нового типа конструкционных и функциональных материалов.
Исходя из вышеизложенного, исследование действия различных внешних факторов на свойства аморфных металлических сплавов является одной из актуальных задач физики неупорядоченных сред и материаловедения.
Цель работы - исследование изменения свойств ленточных аморфных металлических сплавов на основе Со в условиях изохронного отжига и объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr при локальном лазерном воздействии.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Разработать методику и установку для оптимизации режимов изохронного отжига ленточных аморфных металлических сплавов на основе Со.
Установить закономерности изменения характеристики пластичности для ленточных аморфных металлических сплавов на основе Со, подвергнутых изохронным отжигам при различных температурах.
Сопоставить полученные экспериментальные данные с результатами, полученными методами термического анализа и рентгеноструктурными исследованиями.
Установить закономерности изменения свойств ленточных аморфных металлических сплавов в зависимости от соотношения основных компонентов сплавов.
Определить влияние наводороживающих сред на характеристику пластичности аморфных металлических сплавов на основе Со после изохронного отжига при различных температурах.
Установить параметры и кинетику формирования рельефа поверхности аморфных металлических сплавов, подвергнутых локальному механическому воздействию индентором, а также изгибу и растяжению.
Определить структурные превращения в зонах воздействия лазерного излучения и изменение элементного состава на поверхности объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr.
Установить методами микро- и наноиндентирования изменение механических характеристик объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr в зонах воздействия лазерного излучения.
Научная новизна:
Предложены методика и установка изохронного отжига ленточных аморфных металлических сплавов в стабилизирующих пластинах, позволяющие оптимизировать режимы отжига и повысить достоверность получаемых результатов, в сравнении с отжигом на керамической подложке.
Определены интервалы термовременной стабильности для ленточных аморфных металлических сплавов, позволяющие проводить регламентированный отжиг аморфных металлических сплавов, и получать заданные значения характеристики пластичности в пределах 1>є>0,01.
Установлено снижение характеристики пластичности ленточных аморфных металлических сплавов при наводороживании и предложен механизм ее возврата к более высоким значениям при температурах отжига
выше температур начала кристаллизации, базирующийся на изменении свободного объема.
Впервые определены кинетические характеристики формирования деформационного рельефа при индентировании ленточных аморфных металлических сплавов. Определена скорость роста деформационной полосы, составляющая 0,2 мм/с, и предложен механизм ее формирования.
Установлены закономерности формирования зон локального лазерного воздействия и структурные превращения на поверхностях объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr.
Установлены основные закономерности изменения свойств объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr в зонах воздействия импульсного лазерного излучения.
Основные положения, выносимые па защиту:
Методика изохронного отжига ленточных аморфных металлических сплавов в стабилизирующих пластинах и закономерности изменения характеристики пластичности ленточных аморфных металлических сплавов в зависимости от режимов изохронного отжига.
Метод определения термовременной стабильности аморфных металлических сплавов, позволяющий получать заданные значения характеристики пластичности и закономерности влияния соотношения компонентов сплавов на пластичность.
Закономерности влияния наводороживающих сред на характеристику пластичности ленточных аморфных металлических сплавов на основе Со и механизм ее возврата в наводороженных сплавах к значениям характерным для ненаводороженных образцов.
Кинетические закономерности и механизм формирования деформационного рельефа при индентировании поверхности ленточных аморфных металлических сплавов.
Закономерности изменения свойств и структуры объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и Zr в зонах воздействия лазерного излучения.
Практическая значимость работы. Разработанные методы позволяют определять температурно-временные интервалы воздействия на промышленные сплавы МС, допустимые концентрации наводороживающих сред и т.д., что может позволить избежать негативных последствий при эксплуатации сплавов, а в ряде случаев привести к улучшению свойств изделий из аморфных металлических сплавов.
Полученные при выполнении работы результаты могут быть использованы в учебном процессе при изучении курсов «Материаловедение», «Нанотехнологии и наноматериалы», а также, могут послужить дополнением к развиваемым теориям прочности и пластичности перспективных материалов и сильно неупорядоченных сред.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной
работе экспериментальных данных подтверждается их воспроизводимостью
при стандартных условиях эксперимента. Все научные положения и выводы,
сформулированные в диссертации, аргументированы собственными
теоретическими рассуждениями, логикой научного анализа диссертанта,
тщательно проиллюстрированы значительным по объему
экспериментальным материалом, не противоречащим физическим теориям и результатам других исследователей.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: 5-й Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2007); Петербургских чтениях по проблемам прочности (Санкт-Петербург, 2007, 2008, 2010); lV-ой, V-ой Международных школах-конференциях «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», MPFP - 2007, 2010 (Тамбов, 2010); 2-й, 3-й международных конференциях «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2007, 2009); IX Российско-китайском симпозиуме (Астрахань, 2007); II Международной конференции NDTCS (Германия, 2007); 46-й, 47-й, 48-й Международных конференциях «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, Беларусь, 2007; Нижний Новгород, 2008; Тольятти, 2009); 5-й Международной научной конференции «Современные достижения физики и фундаментальное физическое образование» (Алматы, Казахстан, 2007); VIII Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых (Екатеринбург, 2007); IV-ой, V-ой Евразийских научно-практических конференциях "Прочность неоднородных структур", ПРОСТ 2008, ПРОСТ 2010 (Москва, МИСиС, 2008, 2010); Четырнадцатой, пятнадцатой Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-14, 15 (Уфа, 2008; Кемерово-Томск, 2009); XIX Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", посвященной 100-летию со дня рождения академика В.Д. Садовского (Екатеринбург, 2008); Международной научной конференции «Перспективные материалы и технологии», посвященной 75-летию со дня рождения академика В.В. Клубовича (Витебск, Беларусь, 2008); Международном Семинаре МНТ-Х "Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий" (Обнинск, 2009); XVII Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" (Самара, 2009); Всероссийских конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2009, 2010); Международном симпозиуме "Перспективные материалы и технологии" (Витебск, Беларусь, 2009); Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, 2009, Москва; Первых Московских чтениях по проблемам прочности материалов, 2009, Москва; V (XXXVII)
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Образование, наука, инновации - вклад молодых исследователей», 2010, Кемерово; на научных конференциях преподавателей и сотрудников ТамбГУ (2006-2010 г.п).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 48 работах, опубликованных в российских и международных научных изданиях. Из них 13 статей опубликовано в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Личный вклад. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежит разработка и апробация новых методов исследования механических характеристик ленточных образцов металлического стекла, создание и отладка экспериментальных установок, проведение экспериментов, обработка полученных данных, а также участие в планировании экспериментов, обсуждении результатов и написании статей.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из обзора литературы, трех глав, общих выводов, содержит 168 страниц текста, включая 65 рисунков, 8 таблиц, списка цитированной литературы, содержащего 199 наименований.
