Анотація до роботи:

Носенко В.К. Формування аморфних та наноструктурних станів в сплавах на основі Fe і Al. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. – Інститут металофізики ім.Г.В.Курдюмова НАН України, Київ, 2005.

В дисертаційній роботі встановлено взаємозвязок між умовами одержання, хімічним складом, структурно-фазовим станом і фізичними властивостями легованих швидкозагартованих сплавів базових систем Fe-Si-B (Fe-Si-B-Cu-Nb) та Al-ПМ-РЗМ як у вихідному аморфному стані, так і після термообробки з утворенням нанофазних композитів. Термічна передісторія визначає відмінності в атомній будові аморфних сплавів, які впливають на їх термічну стійкість, рівень та відтворність властивостей. Фактор конкуренції фаз сприяє аморфізуючій здатності Al-ПМ-РЗМ-сплавів, а характер сил міжатомної взаємодії в аморфних сплавах цього типу визначає пропорційність між рівнем їх мікротвердості і термічної стійкості.

Кінетика формування наноструктурних станів визначається, в основному, фактором росту нанокристалів, а не їх утворенням; запропоновано модель, яка в порівнянні з класичною моделлю Колмогорова-Джонсона-Мела-Аврамі більш адекватно описує кінетику переходу з аморфного в нанокристалічний стан.

При критичних температурах в склоутворюючих розплавах відбуваються структурні переходи; високотемпературний структурний стан успадковується при аморфізації і впливає на рівень властивостей аморфних сплавів.

Встановлено існування порогових доз електронного та g-опромінення, нижче яких відбувається структурна релаксація із зменшенням вільного об’єму і, навпаки, розупорядкування аморфної структури при дозах, більших за порогові; для аморфно-кристалічних сплавів електронне та g-опромінення стимулюють подальший перебіг кристалізаційних процесів.

1. Експериментально встановлено вплив термічної передісторії (температура перегріву розплаву, швидкість його охолодження) на особливості атомної будови та структурного стану аморфних сплавів (утворення вморожених центрів), які визначають рівень термічної стійкості і відтворюваність структурно-чутливих властивостей однаково „рентгеноаморфних” сплавів.

2. Невідповідність визначених параметрів кінетики нанокристалізації аморфних сплавів на основі Fe і Al класичній моделі Колмогорова-Джонсона-Мела-Аврамі в сукупності з вперше встановленим немонотонним характером температурно-часових змін інтенсивності малокутового розсіяння рентгенівських променів в процесі перетворення обгрунтовують визначаючий внесок у формування наноструктурних станів фактору росту порівняно з утворенням ц.к.; більш адекватний опис кінетики переходу з аморфного в нанокристалічний стан дано в рамках запропонованої моделі, яка враховує початково вільний ріст нанокристалів та зіткнення дифузійних зон навкруги них на стадії основного перетворення.

3. Показано, що при заданому співвідношенні перехідних металів (Ni, Co) аморфізуюча здатність Al₈₆(Ni,Co)₈(Gd,Tb,Y)₆ - сплавів зростає із збільшенням в них кількості легуючих РЗМ-елементів внаслідок ускладнення нанокластерної будови розплавів та зростаючої при цьому склоутворюючої ролі фактору конкуренції декількох фаз щодо їх можливої кристалізації при гартуванні.

4. Для аморфних сплавів Al₈₆(Ni,Co)₈(Gd,Tb,Y)₆ різного хімічного складу вперше встановлено пропорційність між значеннями мікротвердості та їх термічної стійкості; вважається, що рівень цих характеристик, як і їх взаємозв’язок, визначається характером міжатомної взаємодії в складнолегованих сплавах. Контрольована нанокристалізація аморфних сплавів Al₈₆(Ni,Co)₈(Gd,Tb,Y)₆ збільшує їх мікротвердість пропорційно об'ємній частці нанокристалів Al в аморфній фазі від початкового значення 360411 кгс/мм² до 616642 кгс/мм² при розмірах нанокристалів 16-18 нм та значенні Х_с ~20 об.%, що суттєво перевищує відомі показники для нанокристалічних Al-сплавів цього типу.

5. Вперше для одних і тих же об’єктів (сплави Fe-Si-B-(Ni, Nb) та Al-ПМ-РЗМ) отримано взаємодоповнюючі прямі (рентгенографічні) та побічні (з температурних залежностей в’язкості) експериментальні дані відносно переходу розплаву поблизу критичних температур перегріву від низько- до високотемпературного структурного стану, який зберігається при зворотному охолодженні; особливості структурного стану розплаву успадковуються при аморфізації, що знаходить відображення в якісно подібних змінах структурних характеристик розплавів при нагріванні з їх змінами в аморфних сплавах, отриманих гартуванням від різних температур.

6. Показано, що попередня температурно-часова обробка розплаву при відповідному співвідношенні температури (вищої за критичну) та часу перебування його в перегрітому стані перед гартуванням є важливим резервом поліпшення властивостей аморфних сплавів: внаслідок успадкування з розплаву відповідних особливостей його структурного стану напруга руйнування аморфних стрічок сплавів Fe-Si-B зростає на 25-30% та Al₈₆(Ni,Co)₈(Gd,Tb,Y)₆ –сплавів на 18-20%, а магнітна проникність аморфних сплавів Fe-Si-B на 45-50%.

7. Під впливом електронного та g-опромінення відбуваються зміни в атомній будові, термічній стійкості та магнітних властивостях сплавів типу Metglas та Finemet, ступінь та напрями яких пов’язані з різними механізмами радіаційно-стимульованої дифузії кремнію та бору і залежать від хімічного складу сплавів; вперше встановлено немонотонний характер змін атомної будови аморфних фаз під впливом електронного та g-опромінення, а саме, явище часткового її впорядкування при допорогових та розупорядкування при дозах більших за порогові, а також ефекти стимулювання обома типами опромінень подальшого розвитку кристалізаційних процесів в аморфних сплавах, що вже містять попередньо деяку частку кристалічної фази.

8. За результатами проведених досліджень розроблені нові аморфні та нанокристалічні сплави на основі систем Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb та Al-(Ni,Co)-(Gd,Tb,Y); завдяки рівню магнітом’яких властивостей, їх термостабільності та радіаційній стійкості аморфні та нанокристалічні сплави на основі заліза впроваджені на підприємствах електронної, електро- і радіотехнічної та приладобудівної галузей, замінивши в низці застосувань традиційні кристалічні прецизійні магнітом’які сплави, що імпортуються в Україну.

9. Створено сучасне автоматизоване експериментально-технологічне обладнання по надшвидкому охолодженню розплаву як на повітрі, так і в захисних атмосферах; визначено оптимальні поєднання сукупності параметрів процесу спінінгування, що забезпечують одержання якісних аморфних стрічок із сплавів на основі заліза та алюмінію різного хімічного складу, та вперше показано, що проведення процесу в захисній атмосфері СО₂ суттєво покращує якість стрічок порівняно з тими, що одержано на повітрі, або при використанні в якості захисної атмосфери аргону, чи гелію.

Публікації автора:

1. Nemoschkalenko V.V., Maslov V.V., Nosenko V.K., Paderno D.Yu. Rapidly quenched amorphous and microcrystalline alloys as a new class of materials. Production and applications // Металлофизика и новейшие технологии. - 1994.- Т.16, № 1. - С.5-9. 2. Маслов В.В., Носенко В.К. О формировании быстрозакаленных лент сплава Fe-6,5%Si в атмосфере углекислого газа // Металлофизика и новейшие технологии. – 1997. - Т.19, №10. - С.7-9.

3. Nemoschkalenko V.V., Vlasenko L.E., Romanova A.V., Maslov V.V., Nosenko V.K., Brovko A.P., Petrov Yu.N. Nanocrystal structure at the stages prior to crystallization of amorphous Fe73,5Si13,5B9Cu1Nb3 // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998.- Т.20, №6. - С.22-34.

4. Маслов В.В., Носенко В.К., Неймаш В.Б., Евлаш И.К. Влияние g-облучения на магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов базовой системы Fe-Si-B // Вопросы атомной науки и техники. - 1998.- Т.3(69), 4(70). - С.38-39.

5. Маслов В.В., Носенко В.К., Ильинский А.Г., Власенко Л.Е., Евлаш И.К. Структурно-фазовые изменения в легированных сплавах типа FINEMET при нагреве // Вопросы атомной науки и техники.- 1998.- Т.1(67), 2(68). - С.8-11.

6. Ильинский А.Г., Маслов В.В., Носенко В.К., Бровко А.П., Евлаш И.К. Метод определения доли кристаллической фазы в аморфно-кристаллических материалах // Металлофизика и новейшие технологии. - 1999.- Т.21, №12.- С.38-45.

7. Ильинский А.Г., Маслов В.В., Носенко В.К., Бровко А.П., Евлаш И.К. Рентгенодифракционные исследования структурных изменений в термообрабо-танных аморфных сплавах типа „Finemet“ // Металлофизика и новейшие технологии. - 2000.- Т.22, №3.- С. 45-56.

8. Ilinsky A.G., Maslov V.V., Nosenko V.K., Brovko A.P. On determination of volume fraction of crystalline phase in partially crystallized amorphous and nanocrystalline materials // J. Mater. Sci. - 2000. - V.35(18), №9. - Р.4495-4500.

9. Zakharenko M., Nosenko V.K., Brud'ko O., Babich M., Tsvetkova T., Stelmakh О. Thermomagnetic study of the Fe80Si6B14-based soft magnetic glasses // J. Magn. Magn. Mater.-2000.-V.215-216.-Р.313-315.

10. Maslov V., Nakonechna O., Nosenko V.K., Tsvetkova T., Zakharenko M., Brud'ko O. Thermomagnetic investigations of Fe82Si2B16-based metallic glasses // Functional Materials.- 2000. - V.7, № 4(2). - Р.822-825.

11. Маслов В.В., Носенко В.К., Тараненко Л.Е., Бровко А.П. Нанокристаллизация в сплавах типа Finemet // ФММ. – 2001.- Т.91, №5. - С.47-55

12. Nemoschkalenko V.V., Maslov V.V., Nosenko V.K. Material science of rapidly quenched metallic alloys in Ukraine // Materials Technology. -2002.- V.17, No.1.-P.33-37.

13. Маслов В.В., Носенко В.К., Неймаш В.Б., Поварчук В.Ю. Влияние g-облучения на магнитные свойства Fe-Si-В - аморфных сплавов // Металлофизика и новейшие технологии. - 2002. - Т.24, №6. - С.747-757.

14. Маслов В.В., Носенко В.К. Материаловедение быстрозакаленных сплавов в ИМФ им.Г.В.Курдюмова АН Украины // Вісник Дніпропетровського університету. Фізика. Радіоелектроніка. - 2002. - Вип.8. - С.5-13.

15. Залежність магнітних властивостей аморфних Fe-Me-Si-B сплавів від температури / Л.М.Беднарська, Ю.К.Гореленко М.О.Ковбуз, О.М.Герцик, Б.Я.Котур, В.К.Носенко // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2003.- Т.39, №2. - С.112-114.

16. Маслов В.В., Носенко В.К., Бровко А.П., Зелинская Г.М., Машира В.А. Структура и термическая стабильность аморфных сплавов базовой системы Fe-Si-B // Металлофизика и новейшие технологии. - 2002. - Т.24, №11. - С.1001-1016.

17. Ладьянов В.И., Бельтюков О.Л., Шишмарин А.И., Маслов В.В., Носенко В.К., Машира В.А. О структурных переходах в расплавах магнитомягких сплавов на основе Fe-Si-B при нагреве и охлаждении // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003. - Т.25, №11. - С.1461-1470.

18. Беднарська Л.М., Гореленко Ю.К., Ковбуз М.О., Герцик О.М., Котур Б.Я., Носенко В.К. Залежність магнітних властивостей аморфних Fe-Me-Si-B // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2003.- Т.39, №2. - С.112-115.

19. Шпак А.П., Мельник Б.А., Тимошевский Н.А., Маслов В.В., Носенко В.К. Моделирования стеклообразования в Al-Y-Ni // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003. - Т.25, №11. - С.1471-1480.

20. Маслов В.В., Слуховский О.И., Носенко В.К., Машира В.А., Роик А.С., Христенко Т.Н. Рентгенодифракционные исследования изменений нанокластерной структуры расплава Al86Ni8Ce6 при нагреве и охлаждении // Металлофизика и новейшие технологии // 2003. - Т.25, №12. - С.1533-1542.

21. Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И., Шишмарин А.И., Маслов В.В., Носенко В.К., Машира В.А. О структурном переходе в стеклообразующем расплаве Fe_73,6Nb_2,4Cu₁B_7,2Si_15,8 // Расплавы. - 2004. - Т.2. - С. 86-92.

22. Povarchuk V.Yu., Neimash V.B., Kraitchynskii A.M., Maslov V.V., Nosenko V.K., Zelins’ka G.M. Effect of ionizing radiation on magnetic properties and structure of Fe80Si6B14 amorphous alloy // Укр. фіз. журнал. - 2004. - Т.49, №1.- С.90-93.

23. Беднарська Л.М., Герцик О.М., Данилюк О.Б., Єгерська О.А., Носенко В.К. Електрохімічне дослідження термодинаміки структурування аморфних металевих сплавів Fe-Me-Si-B // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004.- Т.40, №1. - С. 95-98.

24. Герцик О., Ковбуз М., Беднарська Л., Котур Б.Я., Носенко В.К. Корозійні властивості аморфних сплавів на основі алюмінію // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - №4. - С.95-98.

25. Маслов В.В., Ильинский А.Г., Носенко В.К., Машира В.А., Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И., Шишмарин А.И. О структуре расплава, ее наследовании при аморфизации и влиянии на магнитные свойства аморфного сплава Fe80Si6B14 // Физика и техника высоких давлений. - 2005. - Т.15, №2. - С.105-115.

26. Шпак А.П., Маслов В.В., Носенко В.К. Ресурсозберігаючі технології виробництва нанокристалічних прецизійних магнітних матеріалів як складова інноваційного розвитку енергетичної та електротехнічної галузей промисловості України // Наука та інновації. - 2005. - Т.1, №3. - С.92-111.

27. Brud’ko O.P., Nosenko V.K., Zakharenko M.I., Skljarov Yu.P. Crystallization of rapidly quenched ribbons on the base of Fe₈₂Si₂B₁₆ // Functional Mater. - V.12, No.2. - 2005. - P.1-5.

28. Ладьянов В.И., Бельтюков А.Л., Меншикова С.Г., Маслов В.В., .Носенко В.К, Машира В.А. О вязкости стеклообразующих расплавов Al₈₆(Ni,Co)₈Gd₄(Y/Tb)₂ // Металлофизика и новейшие технологии. - 2005. - Т.27, №5. - С.687 – 696.

29. Маслов В.В., Носенко В.К., Машира В.А., Зелинская Г.М. Термическая стабильность и магнитные свойства аморфных сплавов Fe-Si-B-(Ni,Mo) // Металлофизика и новейшие технологии. - 2005. - Т.27, №6. - С.817 - 832.

30. Маслов В.В., Носенко В.К., Машира В.А., Ткач В.И., Рассолов С.Г., Попов В.В., Крысов В.И. Влияние легирования на термическую устойчивость и микротвердость аморфных сплавов Al₈₆(Ni,Co)₈(Gd,Y,Tb)₆ // Металлофизика и новейшие технологии. - 2005. - Т.27, №7.- С.937 - 948.

31. Высокопрочный коррозионностойкий аморфный сплав на основе железа для запорных мембран: А.с. 1697446, СССР, МКИ C22C 38/54 / В.З.Балан, В.Э.Бодниекс, М.Е.Гуревич, В.В.Маслов, В.В.Немошкаленко, В.К.Носенко, Д.Ю.Падерно, С.С.Пустынников, Е.И.Чуйков.- № 4805890; Заявл. 26.03.90// Открытия. Изобрет. - 1991. - № 45.

32. Сплав на основе железа: А.с. 1709750, СССР, МКИ C22C 38/54/ В.З.Балан, В.Э.Бодниекс, О.Н.Кривенко, В.В.Маслов, В.В.Немошкаленко, В.К.Носенко, Д.Ю.Падерно, Ю.К.Покровский, С.С.Пустынников, Е.И.Чуйков.- № 4806364; Заявл. 22.02.90 // Изобретения. - 1992. - № 4.

33. Высокопрочный коррозионностойкий аморфный сплав на основе железа: А.с. 1790623, СССР, МКИ C 22 C 38/54 /В.В.Немошкаленко, В.В.Маслов, В.К.Носенко, Д.Ю.Падерно, Покровский Ю.К. Балан В.З., Падерно Д.Ю. Любченко А.Н. Кривенко О.Н. //Открытия. Изобрет. - 1993. - № 3.

34. Аморфный сплав на основе железа: А.с. 1759943, СССР, МКИ C 22 C 38/44 / В.В.Немошкаленко, В.В.Маслов, В.К.Носенко, Д.Ю.Падерно, В.З.Балан, Ю.К.Покровский. // Открытия. Изобрет. - 1992. - № 33.

35. Спосіб безперервного лиття стрічки: Патент 1304, Україна, МКІ B22D 11/06 / В.В.Немошкаленко, В.В.Маслов, В.З.Балан, В.К.Носенко, Н.С.Косенко, Д.Ю.Падерно.- 15.07.93 // Промислова власність. - 1994. - № 1.

36. Високоміцний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза: Патент 3988, Україна, МКІ C22C 38/54/ В.З.Балан, О.М.Кривенко, О.Д.Лобченко, В.В.Маслов, В.В.Немошкаленко, В.К.Носенко, Д.Ю.Падерно, Ю.К.Покровский. – 27.12.1994 // Промислова власність. - 1994. - № 6-1.

37. Аморфний сплав на основі заліза: Патент 19217, Україна, МКІ C22C 38/44/ В.З.Балан, О.М.Кривенко, О.Д.Лобченко, В.В.Маслов, В.В.Немошкаленко, Д.Ю.Падерно, Ю.К.Покровский. – 25.12.1997 // Промислова власність. - 1997. - № 6.

38. Verfahren zur herstellung von metallbandern durch schnellerstarrung: Пат. 266046 ГДР, МКИ B22D 11/00 / V.V.Nemoschkalenko. V.V.Maslov, V.Z.Balan, V.K.Nosenko, D.Yu.Paderno, M.Jurisch, G.Stephani, L.Illgen, H.Fiedler, M.Barth, G.-U.Schlosser, W.Jungnickel. - №3072073; Заявл. 24.09.87; Опубл. 22.03.89.