СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИАМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКЛАХ Fe40Ni40P14B6 И Fe48Co32P14B6

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследована кинетика кристаллизации стекол Fe40Ni40P14B6 и Fe48Co32P14B6 в изотермических условиях в диапазонах температур 617–662 и 683–714 K соответственно. В качестве индикаторов термической устойчивости определены времена начала кристаллизации. По результатам анализа кинетических кривых в рамках моделей Колмогорова–Джонсона–Мэла–Аврами и комбинированной модели Колмогорова–Кэщиева установлен нестационарный характер зарождения кристаллов и определены степени нестационарности и времена, характеризующие кинетику кристаллизации в условиях стационарного и нестационарного зарождения. По характеристическим временам стационарной кристаллизации и известным из литературы значениям скоростей роста кристаллов рассчитаны температурные зависимости эффективных коэффициентов диффузии, контролирующей переход атомов через границы раздела, и стационарные скорости зарождения. По полученным значениям в рамках классического уравнения для скорости гомогенного зарождения определены температурные зависимости работы образования критических зародышей и удельной свободной энергии поверхности раздела зародыш/матрица. Из сравнения экспериментально определенных и рассчитанных для стационарного режима зарождения времен начала кристаллизации установлено, что повышенная термическая устойчивость Fe48Co32P14B6 по сравнению с Fe40Ni40P14B6 обусловлена более низкой диффузионной подвижностью и более высокой степенью нестационарности процесса зарождения.

Об авторах

Е. А. Свиридова

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина; Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Email: ksvir@list.ru
ул. Р. Люксембург, 72, Донецк, 283114 Россия; ул. Державина, 2, Макеевка, 286123 Россия

С. В. Васильев

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина; Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Email: ksvir@list.ru
Россия, ул. Р. Люксембург, 72, Донецк, 283114 Россия; ул. Державина, 2, Макеевка, 286123 Россия

В. И. Ткач

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: ksvir@list.ru
Россия, ул. Р. Люксембург, 72, Донецк, 283114 Россия

Список литературы

  1. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей. М.: Наука, 1984. 232 с.
  2. Кёстер У., Герольд У. Кристаллизация металлических стекол / В кн. Металлические стекла. М.: Мир, 1983. С. 325–371.
  3. Скотт М.Г. Кристаллизация / В кн. Аморфные металлические сплавы. Под ред. Ф. Е. Люборского. М.: Металлургия, 1987. С. 137–164.
  4. Kelton K.F. Crystal nucleation in liquids and glasses // Solid State Phys. Advances Research Appl. New York: Acad. Press, 1991. V. 45. P. 75–177.
  5. Fokin V.M., Zanotto E.D., Yuritsyn N.S., Schmelzer J.W.P. Homogeneous crystal nucleation in silicate glasses: A 40 years perspective // J. Non-Cryst. Sol. 2006. V. 352. P. 2681–2714.
  6. Kelton K.F., Greer A.L. Nucleation in Condensed Matter, Applications in Materials and Biology. Oxford: Elsevier, 2010.
  7. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Ч. 1. М.: Мир, 1978. 806 с.
  8. Tiwari R.S. Analysis of steady state crystal nucleation in Metglas 2826 // J. Non-Cryst. Sol. 1986. V. 83. P. 126–133.
  9. Popov V.V., Tkatch V.I., Rassolov S.G., Aronin A.S. Effect of replacement of Ni by Co on thermal stability of Fe40Co40P14B6 metallic glass // J. Non-Cryst. Sol. 2010. V. 356. P. 1344–1348.
  10. Tkatch V.I., Vasiliev S.V., Svyrydova K.A. Identification of the onset crystallization time in metallic glasses at isothermal conditions // J. Non-Cryst. Sol. 2017. V. 463. P. 102–107.
  11. Колмогоров А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов // Изв. АН СССР. Сер. Матем. 1937. № 3. C. 355–360.
  12. Johnson W.A., Mehl R.E. Reaction kinetics in processes of nucleation and growth // Trans. Amer. Inst. Min. Met. 1939. V. 135. P. 416–434.
  13. Avrami M. Kinetics of phase change I. General theory // J. Chem. Phys. 1939. V. 7. No. 12. P. 1103–1112.
  14. Vasiliev S.V., Parfenii V.I., Tkatch V.I. A comparison of the transient behavior of nucleation in Fe40Co40P14B6 and Fe40Ni40P14B6 metallic glasses // J. Alloys Compd. 2020. V. 824. 153926.
  15. Kashchiev D. Solution of the non-steady state problem in nucleation kinetics // Surface Sci. 1969. V. 14. No. 1. P. 209–220.
  16. Thompson C.V., Greer A.L., Spaepen F. Crystal nucleation in amorphous (Au100-yCuy)77Si9 Ge14 alloys // Acta Metal. 1983. V. 31. No. 11. P. 1883–1894.
  17. Васильев С.В., Ткач В.И., Свиридова Е.А., Лимановский А.И., Цветков Т.В. Анализ нестационарного характера изотермического процесса зарождения кристаллов в металлических стеклах // Физ. техн. выс. давл. 2017. T. 27. № 1. C. 63–76.
  18. Vasiliev S.V., Tkatch V.I., Aronin A.S., Kovalenko O.V., Rassolov S.G. Analysis of the transient behavior of nucleation in the Fe40Ni40P14B6 glass // J. Alloys Compds. 2018. V. 744. P. 141–145.
  19. Васильев С.В., Парфений В.И., Першина Е.А., Аронин А.С., Коваленко О.В., Ткач В.И. Эффективные коэффициенты диффузии и термическая устойчивость структуры металлического стекла Fe48Co32P14B6 // ФTT. 2020. T. 62. № 12. C. 2012–2019.
  20. Vasiliev S.V., Parfenii V.I., Aronin A.S., Pershina E.A., Tkatch V.I. The effect of transient nucleation behavior on thermal stability of Fe48Co32P14B6 metallic glass // J. Alloys Compds. 2021. V. 869. 159285.
  21. Metglass Alloy 2826 / Alloy Digest. 1976. Nov. P. 4–5.
  22. Tkatch V.I., Rassolov S.G., Popov V.V., Kameneva V.Yu., Petrenko O.A. Thermal stability and saturation magnetization of a new series of amorphous Fe80-xCoxP14B6 (20 ≤ x < 40) alloys // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 2988–2992.
  23. Morris D.G. Crystallization of the Metglas 2826 amorphous alloy // Acta Metal. 1981. V. 29. P. 1213–1220.
  24. Morris D.G. Early crystallization behaviour of an amorphous metal alloy // Scripta Metallurg. 1982. V. 16. P. 585–588.
  25. Limoge Y., Barbu A. Cinetique et mecanisme de cristallsation par decomposition eutectique d’un alliage metallique amorphe: le systeme Fe40Ni40P14B6 // Acta Metal. 1982. V. 30. No. 12. P. 2233–2243.
  26. Васильев С.В. Анализ математических моделей, описывающих нестационарный характер зарождения кристаллов в стеклах // Физ. техн. выс. давл. 2020. T. 30. № 4. C. 1–15.
  27. Kashchiev D. Nucleation. Basic theory with applications. Barlington. MA: Butterworth-Heinemann, 2000. 529 p.
  28. Turnbull D., Fisher J.C. Rate of nucleation in condensed systems // J. Chem. Phys. 1949. V. 17. No. 1. P. 71–73.
  29. Набережных В.П., Ткач В.И., Лимановский А.И., Каменева В.Ю. Кристаллизация аморфного сплава Fe80B20 при нагреве с постоянной скоростью // ФMM. 1991. T. 71. № 2. C. 157–164.
  30. Herlach D.M., Palberg T., Klassen I., Klein S., Kobold R. Overview: Experimental studies of crystal nucleation: Metals and colloids // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. 211703.
  31. Thompson C.V., Spaepen F. On the approximation of the free energy change on crystallization // Acta Metal. 1979. V. 22. No. 12. Р. 1855–1859.
  32. Senkov O.N., Miracle D.B., Mullens H.M. Topological criteria for amorphization based on a thermodynamic approach // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. 103502.
  33. Ткач В.И., Свиридова Е.А., Васильев С.В., Коваленко О.В. Связь между структурными параметрами металлических стекол при температурах начала кристаллизации и пороговыми значениями эффективных коэффициентов диффузии // ФММ. 2017. Т. 118. № 8. С. 806–814.
  34. Vasiliev S.V., Svyrydova K.A., Vasylyeva N.V., Tkatch V.I. Description of non-isothermal crystallization kinetics of Fe48Co32P14B6 metallic glass using the isothermal analysis data // Acta Mater. 2023. V. 244. 118558.
  35. Kelton K.F., Spaepen F. A study of the devitrification of Pd82Si18 over a wide temperature range // Acta Metal. 1985. V. 33. No. 3. P. 455–464.
  36. Mathot V.B.F. Thermal analysis and calorimetry beyond 2000: challenges and new routes // Thermochim. Acta. 2000. V. 355. P. 1–33.
  37. Turnbull D. Formation of crystal nuclei in liquid metals // J. Appl. Phys. 1950. V. 21. No. 10. P. 1022–1028.
  38. Tkatch V.I. Determination of temperature dependence of the nucleus-melt interfacial tension for Fe40Ni40P14B6 alloy // Int. J. Non-Equilibr. Processing. 1998. V. 10. P. 339–352.
  39. Battezzati L. Thermodynamic quantities in nucleation // Mater. Sci. Eng. A. 2001. V. 304–306. P. 103–107.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать