Анотація до роботи:

Рыбалка С.Б. Кінетика фазових перетворень, ініційованих воднем у магнітотвердих сплавах типу Nd₂Fe₁₄B. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13-фiзика металiв.- Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”. -Харків, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню кінетики ініційованих воднем дифузійних фазових перетворень у магнітотвердих сплавах типу Nd₂Fe₁₄B. На підставі проведених систематичних досліджень, визначені основні фактори, що визначають кінетику цих фазових перетворень, і вперше побудовані ізотермічної кінетичної діаграми для сплавів Nd₂Fe₁₄B (сплав Nd₂Fe₁₄B, промислові сплави R₂Fe₁₄B, Nd_34.0Fe_64.8B_1.2).

Встановлено, що ізотермічні кінетичні діаграми для ініційованих воднем прямих фазових перетворень у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B мають класичний С-подібний вид. Інтервал максимального розвитку перетворень складає 700-800^оС. На промисловому сплаві R₂Fe₁₄B установлене, що збільшення тиску водню в два рази (від 0.1 до 0.2 МПа) приводить до значного (~2-3 рази) прискорення розвитку прямого фазового перетворення. Для ініційованих воднем зворотних фазових перетворень встановлено, що збільшення температури ізотермічної витримки від 610 до 760^оС приводить до значного прискорення розвитку фазового перетворення. Встановлено, що підвищення тиску водню при прямому перетворенні в два рази (з 0.1 до 0.2 МПа) приводить до прискорення і наступного зворотного фазового перетворення в ~1.5-2 раза.

Аналіз кінетики досліджених фазових перетворень, проведений у рамках кінетичної теорії фазових перетворень дозволив їх класифікувати як дифузійно-контрольовані фазові перетворення, що протікають за механізмом зародження і росту.

1. У дійсній дисертаційній роботі вирішена наукова задача, що полягає у встановленні ряду основних закономірностей кінетики ініційованих воднем фазових перетворень (ІВФП) у магнітотвердих сплавах типу Nd₂Fe₁₄B: встановлені кінетичні закономірності прямих і зворотних ІВФП, побудовані ізотермічні кінетичні діаграми цих перетворень, виявлена специфіка ІВФП і їхнє місце в ряді класичних фазових перетворень у металах і сплавах.

2. Створена спеціальна воднево-вакумна установка для дослідження магнітометричним методом кінетики ініційованих воднем фазових перетворень у магнітотвердих сплавах типу Nd₂Fe₁₄B (модельному сплаві Nd₂Fe₁₄B (Nd₁₅Fe₇₇B₈ ат. %) і в 2-х промислових сплавах – R₂Fe₁₄B (R_36.4Fe_62.45B_1.15 мас. %, де R –Nd, Pr, Се, Dy) і Nd_34.0Fe_64.8B_1.2 (мас. %)) і розроблена методика експериментального дослідження прямих і зворотних ІВФП в режимі безупинного контролю за їхнім розвитком.

3. Експериментально встановлено, що для вивчених ініційованих воднем фазових перетворень (як прямих, так і зворотних) у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B характерні класичні ізотермічні часові залежності розвитку перетворень: після деякого інкубаційного періоду, тривалість якого з ростом температури зменшується, має місце спочатку ріст швидкості ізотермічних перетворень, що потім після проходження через максимум поступово сповільнюється.

4. Вперше експериментально встановлено, що ізотермічні кінетичні діаграми для прямих ІВФП у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B мають С-подібний вид: температурний інтервал найбільш швидкого розвитку перетворень складає ~700-800^оС, з підвищенням температури від 800 до 860^оС і зі зниженням температури від 700 до 610^оС має місце уповільнення розвитку перетворення.

5. На основі аналізу, проведеного в рамках кінетичної теорії фазових перетворень прямі ІВФП у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B класифіковані як дифузійні фазові перетворення за механізмом зародження і росту. Ізотермічні кінетичні діаграми прямих ІВФП обговорені, виходячи з припущень, що в низькотемпературній області (600-700^оС) кінетика прямих ІВФП контролюється дифузією "великих" атомів компонентів сплаву (Nd, Fe), а у високотемпературній області (800-860^оС) - швидкістю зародження і росту гідриду неодиму; в інтервалі температур ~700-800^оС має місце оптимальне сполучення зазначених факторів і фазове перетворення розвивається з максимальними швидкостями.

6. Систематично експериментально вивчена ізотермічна кінетика зворотних ІВФП у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B і встановлене, що при низьких температурах (620-640^оС) вони чи не розвиваються за час експерименту (240-360 хвилин), чи розвиваються дуже повільно; з підвищенням температури до 760^оС зворотні ІВФП дуже сильно прискорюються.

7. На основі аналізу кінетики зворотних ІВФП у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B, проведеного в рамках кінетичної теорії фазових перетворень ці перетворення класифіковані як дифузійні фазові перетворення за механізмом зародження і росту.

8. Уперше встановлене, що збільшення тиску водню від 0.1 до 0.2 МПа приводить до прискорення в ~2-3 рази розвитку прямих ІВФП в інтервалі максимальних швидкостей перетворення (710-750^оС). Встановлено, що величина початкового тиску водню при який було проведено пряме перетворення, сильно впливає на кінетику зворотних ІВФП: підвищення початкового тиску водню від 0.1 до 0.2 МПа викликає прискорення розвиток зворотного ІВФП у ~1.5-2 рази. На основі отриманих експериментальних даних сформульоване наукове положення, що говорить, що водневий вплив на матеріали є не тільки необхідним термодинамічним фактором, що забезпечує принципову можливість розвитку ініційованих воднем дифузійних фазових перетворень у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B, але також (водневий вплив) є дуже сильним кінетичним фактором (параметром), що дозволяє регулювати швидкість розвитку перетворень даного типу.

9. Встановлені кінетичні закономірності і побудовані ізотермічні кінетичні діаграми прямих і зворотних ініційованих воднем дифузійних фазових перетворень у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B представляють цілком визначений практичний інтерес і рекомендовані для використання при розробці HDDR-технологій і водневої обробки магнітотвердих сплавів з метою поліпшення їхньої структури і магнітних характеристик. Практичні рекомендації, розроблені за результатами дійсного дослідження, передані для використання й успішно апробовані підприємством, що спеціалізується на виробництві постійних магнітів зі сплавів типу R₂Fe₁₄B ("Експромаг", м. Дніпродзержинськ).

Публікації автора:

1. Goltsov V.A., Rybalka S.B., Fruchart D., Didus V.A. Kinetics and some general features of hydrogen-induced diffusive phase transformations in Nd₂Fe₁₄B type alloys // Progress in Hydrogen Treatment of Materials / Aoki K., Artemenko Yu., Borisov G.P. et al. Ed. Goltsov V.A. – Donetsk-Coral Gables: Publishing House "Kassiopea Ltd". – ITA NRNFM – DonSTU. - 2001. – P. 367-390.

2. Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F., Subbotin V.V., Putilov Yu.G. Kinetics of the hydrogen-induced direct diffusive phase transformation in industrial alloy of R₂Fe₁₄B type // Металлофизика и новейшие технологии. – 1999. - Т. 21, N. 9. - С. 22-25.

3. Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F. Kinetics of the hydrogen-induced diffusive phase decomposition in industrial alloy of the Nd-Fe-B type // Int. J. Hydrogen Energy.- 1999. – Vol. 24. – P. 913-917.

4. Гольцов В.А., Рыбалка С.Б., Волков А.Ф, Субботин В.В., Путилов Ю.Г. Исследование кинетики индуцированных водородом прямого и обратного диффузионных фазовых превращений в магнитожестком сплаве типа R₂Fe₁₄B // ФММ. – 1999. –Т. 87, № 6. – С. 87-91. (http://www.maik.rssi.ru/contents/physmet/physmet6_99v87cont.htm).

5. Гольцов В.А., Рыбалка С.Б., Волков А.Ф, Субботин В.В., Путилов Ю.Г. Влияние давления водорода на кинетику индуцированного водородом диффузионного фазового распада сплава типа R₂Fe₁₄B // Физика и техника высоких давлений.- 1999. - Т. 9. – 1. - С. 76-80.

6. Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F. Kinetics of the hydrogen-induced direct and reverse diffusive phase transformation in industrial alloy of Nd₂Fe₁₄B type // Functional Materials. - 1999.-Vol. 6, N. 3.- P. 326-330. (http://www.isc.kharkov.com/journal/contents/6-2/23.htm).

7. Гольцов В.А., Рыбалка С.Б., Волков А.Ф, Путилов Ю.Г., Дидусь В.А. Влияние давления водорода на кинетику индуцированного водородом диффузионного фазового превращения в сплаве типа R₂Fe₁₄B // ФММ. –2000.–Т. 89, № 4. – С. 48-52. (http://www.maik.rssi.ru/contents/physmet/physmet4_0v89cont.htm).

8. Rybalka S.B., Goltsov V.A., Didus V.A., Fruchart D. Fundamentals of the HDDR treatment of Nd₂Fe₁₄B type alloys // J. Alloys Comp. – 2003. – Vol. 356-357. – P. 390-394.

9. Рыбалка С.Б., Волков А.Ф. Экспериментальная установка для изучения кинетики фазовых превращений, индуцированных водородом, в сплавах системы неодим-железо-бор // Сб. инф. материалов ІІ междунар. конф. “Благородные и редкие металлы” (БРМ-97).- Т. 3.- Донецк: ДонГТУ.- 1997.- С. 152-153.

10. Рыбалка С.Б., Дидусь В.А., Волков А.Ф. Влияние давления водорода на кинетику индуцированного водородом прямого и обратного фазового превращения в сплаве типа R₂Fe₁₄B // Вестник УГТУ-УПИ (I уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых). - 1999.- T. 1. - С. 42-44.

11. Rybalka S. B., Goltsov V. A., Didus V. A. and Fruchart D. Fundamentals of the HDDR treatment of Nd₂Fe₁₄B type alloys // Book of Abstracts Int. Symp. on Metal-Hydrogen Systems–Fundamentals and Applications. – Annecy (France). – 2002. – P. 158.

12. Рыбалка С.Б., Дидусь В.А., Додонова Е.В., Гольцов В.А. Исследование влияния фазовых превращений, индуцированных водородом, на микроструктуру сплава типа Nd₂Fe₁₄B // Труды IV международной конференции "Благородные и редкие металлы" (БРМ-2003). - Донецк: ДонНТУ. – 2003. – С. 531-533.

13. Дидусь В.А., Додонова Е.В., Рыбалка С.Б. Эволюция микроструктуры в сплаве Nd₁₅Fe₇₇B₈ при HDDR-процессе // Труды IІІ междунар. конф. “Водородная обработка материалов” (ВОМ-2004).- Донецк: ДонНТУ.- 2004. - С. 170-171.

14. Rybalka S. B., Didus V. A. and Dodonova E.V. Some kinetic and microstructural aspects during hydrogen-induced phase trasformations in Nd₂Fe₁₄B alloys // Book of Abstracts Int. Symp. оn Metal-Hydrogen Systems – Fundamentals and Applications. - Сracow (Poland). – 2004. – P. 135.

Особистий внесок автора в опубліковані роботи

[1-8]-[10-11]-виконання експериментальних досліджень кінетики ініційованих воднем фазових перетворень у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B, аналіз результатів експериментів в рамках кінетичний теорії фазових перетворень; [9]-конструювання і створення установки для дослідження кінетики ініційованих воднем фазових перетворень у сплавах типу Nd₂Fe₁₄B; [12-14]-підготовка зразків для дослідження мікроструктури та аналіз результатів дослідження впливу фазових перетворень на мікроструктуру Nd₂Fe₁₄B сплавів.