Анотація до роботи:

Падерно Д.Ю. Вплив розчинних та нерозчинних домішок на структуру, фізико-хімічні властивості та кристалізацію аморфних сплавів системи Fe-B. Рукопис.

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

В роботі проведені експериментальні дослідження впливу розчинних та нерозчинних домішок на формування структури, фізико-хімічні властивості (міцність, електроопір, корозійну стійкість), термічну стабільність і кристалізацію аморфних сплавів на основі системи Fe-B. Зразки для досліджень приготовані на створеному оригінальному лабораторному устаткуванні за методом спінінгування розплаву. На прикладі вивчення процесу гетерогенного утворення центрів кристалізації a-Fe в аморфному сплаві Fe₈₅B₁₅ на тугоплавких частинках – боридах LaB₆ та ZrB₂ з різними кристалографічними типами та різними параметрами кристалічних граток показано, що відомий з теорії гетерогенної кристалізації принцип кристалохімічної відповідності реалізується не тільки в розплавах, але й в аморфних фазах, і є більш загальним у порівнянні з структурно-розмірним критерієм каталітичної активності твердих частинок. Вплив малих домішок різного ступеню розчинності у залізі на структурний стан та кристалізацію аморфних сплавів (Fe_0,99М_0,01)₈₅B₁₅ (М Co, Cr, Mo, Nb, Ni, Si, Sn) проявляється у формуванні більш розупорядкованої структури та підвищенні рівня термічної стабільності аморфного сплаву, тим виразніших, чим менше коефіцієнт розподілу домішки в залізі, незалежно від її поверхневої активності. Механізм стабілізуючого впливу домішок полягає в утворенні на міжфазній поверхні збагаченого домішкового шару, який утруднює надходження до центру кристалізації атомів основного металу; як наслідок, утруднюється процес утворення гартувальних зародків при аморфізації розплаву, а при кристалізації АМС під впливом нагріву зростають енергія активації та температура кристалізації. Розроблені нові композиції високоміцних корозійностійких конструкційних аморфних сплавів на основі системи Fe-Cr-Si-B з підвищеним рівнем термічної стабільності для широкого діапазону застосувань.

Проведені систематичні дослідження впливу розчинних та нерозчинних домішок на формування структури при гартуванні з розплаву, фізико-хімічні властивості (міцність, електроопір, магнітні характеристики, корозійну стійкість), термічну стабільність та кристалізацію аморфних сплавів на основі системи Fe-B. Найбільш важливими результатами та висновками роботи є:

1. Показано, що первинна кристалізація аморфних сплавів, що визначає їх термічну стійкість, характеризується закономірностями і механізмами, схожими з кристалізацією переохолоджених багатокомпонентних розплавів. Ефект нерозчинних частинок виявляється на стадії зародкоутворення, а розчинних добавок – в основному на стадії рост кристалів.

2. Вперше на прикладі сплаву Fe₈₅B₁₅ проведено детальне вивчення процесу гетерогенного утворення центрів кристалізації a-Fe в аморфній фазі на твердих тугоплавких частинках – боридах LaB₆ та ZrB₂ з різними кристалографічними типами та різними параметрами кристалічних граток. Показано, що відомий з теорії гетерогенної кристалізації принцип кристалохімічної відповідності реалізується не тільки в розплавах, але й в аморфних фазах, і є більш загальним у порівнянні з структурно-розмірним критерієм каталітичної активності нерозчинних домішок. Встановлено, що саме завдяки активній хімічній взаємодії з аморфною фазою частинки бориду LaB₆ мають більшу в порівнянні з ZrB₂ каталітичну активність відносно утворення первинних центрів кристалізації a-Fe.

3. Встановлено, що армування аморфних стрічок сплаву Fe₈₅B₁₅ тугоплавкими частинками LaB₆ та ZrB₂ безпосередньо в процесі їх одержання підвищує характеристики міцності стрічок на 74 % та 20 % відповідно; більш виражений зміцнюючий ефект частинок LaB₆ в порівнянні з ZrB₂ пов’язаний з утворенням розвинутих міжфазних поверхонь внаслідок активної хімічної взаємодії гексабориду лантану з аморфною фазою.

4. Вперше встановлено закономірності впливу малих (0,01 атомна частка від вмісту заліза в сплаві) домішок різного ступеню розчинності у залізі на структурний стан та кристалізацію аморфних сплавів (Fe_0.99М_0.01)₈₅B₁₅ (М Co, Cr, Mo, Nb, Ni, Si, Sn), і показано, що:

- всі вони зменшують густину гартувальних зародків („вморожених центрів”), що утворюються в процесі аморфізації розплаву, та підвищують рівень термічної стабільності базового аморфного сплаву тим ефективніше, чим менше їх коефіцієнт розподілу в залізі;

- незалежно від поверхневої активності, розчинні домішки не впливають на міжфазну енергію a-Fe – аморфна фаза (роботу утворення ц.к. критичних розмірів), і ефект підвищення термічної стабільності в іх присутності пов’язаний, головним чином, з кінетичним фактором;

- механізм стабілізуючого впливу домішок полягає в утворенні на міжфазній поверхні збагаченого домішкового шару, який вже на самих початкових стадіях розвитку центру кристалізації утруднює надходження до нього атомів основного металу. Як наслідок, утруднюється процес утворення гартувальних зародків при аморфізації розплаву, а при кристалізації АМС під впливом нагріву зростають енергія активації та температура кристалізації зі зміщенням температурних залежностей швидкості утворення центрів кристалізації та їх росту в бік більш високих температур.

5. Створено оригінальне лабораторне устаткування для приготування швидкозагартованих стрічок за методом спінінгування розплаву, встановлено взаємозв’язок особливостей вихідного аморфного стану стрічок з комплексом параметрів, які в сукупності визначають швидкість охолодження розплаву при спінінгуванні, та визначено сполучення основних параметрів цього процесу, що забезпечує високу якість аморфних стрічок сплавів на основі системи Fe-B, а також відтворюваність їх фізико-хімічних властивостей.

7. Для групи аморфних сплавів Fe-B, легованих Cr та Si, визначені концентраційні інтервали, які зумовлюють високий рівень їх термічної стабільності у поєднанні з високою міцністю та корозійною стійкістю. На цій основі розроблені нові композиції високоміцних корозійностійких конструкційних аморфних сплавів на базі системи Fe-Cr-Si-B з підвищеним рівнем термічної стабільності для широкого діапазону застосувань, які захищені авторськими свідоцтвами та патентами; проведена їх успішна апробація в приладах протипожежного захисту приміщень підприємств промисловості, клапанних пристроях трубопроводів, природоохоронному обладнанні тощо.

Публікації автора:

1. Маслов В.В., Падерно Д.Ю. Получение аморфных металлических сплавов // Аморфные металлические сплавы.- К.: Наукова думка, 1987.- С.52-86.

2. Падерно Д.Ю. Изучение процесса кристаллизации некоторых аморфных сплавов системы Fe-Ni-B // Порошковая металлургия.- 1983.- №3.- С. 84-88.

3. Балан В.З., Маслов В.В., Носенко В.К., Падерно Д.Ю. Влияние условий получения быстрозакаленных лент сплава Fe-6,5%Si на их структуру и магнитные свойства // Порошковая металлургия.- 1990.- №.8.- С.30-36.

4. Зелинская Г.М., Падерно Д.Ю., Маслов В.В., Ильинский А.Г., Круликовская М.П. О структуре и термической стабильности аморфных сплавов (Fe,Cr)₈₅B₁₅ в исходном состоянии и после гамма-облучения // Металлофизика.- 1990.- Т.12, № 3.- С.48-52.

5. Бровко А.П., Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Романова А.В. О природе кристаллов на контактной поверхности аморфных лент сплавов (Fe,Cr)₈₅B₁₅ // Металлофизика.- 1990.- Т.12, № 4.- С.116-119.

6. Paderno D.Yu., Zielinskaja G.M., Brovko A.P., Maslov V.V., Iljinskij A.G. Investigation of the atomic structure and thermal stability of (Fe,Cr)₈₅B₁₅ amorphous alloys subjected to gamma-preirradiation // Key Eng. Mater.- 1990.- V.40&41.-P.259-266.

7. Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Шишкин Е.А., Шведков О.Ю. Влияние растворимых примесей на кристаллизацию аморфного сплава Fe₈₅B₁₅ // Металлофизика.- 1991.- Т.13, № 11.- С.44-48.

8. Зелинская Г.М., Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Романова А.В., Мележик А.В. Исследование влияния малых растворимых добавок на атомное строение и термическую стабильность аморфного сплава Fe₈₅B₁₅ // Металлофизика.- 1992.- Т.14, № 6.- С.45-52.

9. Maslov V.V., Paderno D.Yu. About the mechanism of soluble doping influence on the crystallization and thermal stability of Fe₈₅B₁₅ amorphous alloy // Key Engineering Materials.- 1993.- V.81&83.- P.329-336.

10. Maslov V.V., Nemoshkalenko V.V., Nosenko V.K., Paderno D.Yu. Rapidly quenched amorphous and microcrystalline alloys as a new class of materials. Production and application // Металлофизика и новейшие технологии.- 1994.- Т.16, № 1.- С.5-9.

11. Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Панасюк А.Д. Влияние тугоплавких частиц боридов на кристаллизацию аморфного сплава Fe₈₅B₁₅ // Порошковая металлургия. – 2000.- № 9/10. – С.61-68.

12. Борисова Г.В., Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Пустынников С.С. Влияние содержания Cr на электрохимические и коррозионные характеристики аморфных сплавов (Fe,Cr)₈₅B₁₅ // Защита металлов.- 1991.- Т.27.- С.267-268.

13. Овсиенко Д.Е., Падерно Д.Ю., Носенко В.К., Маслов В.В. Условия получения и качество аморфных лент сплавов системы Fe-B // Amorphe und ultradisperse metallische Werkstoffe und Oberflachen.- Dresden: ZFW, 1983.- С. 56-66.

14. Маслов В.В., Носенко В.К., Овсиенко Д.Е., Падерно Д.Ю. Стабильность и кристаллизация аморфных сплавов (Fe,Cr)₈₅B₁₅ // Структура, структурные превращения и магнитные свойства аморфных металлических сплавов.- М., Металлургия, 1986.- С.81-85.

15. Падерно Д.Ю., Сигал А.И., Мележик А.В. Интенсификация процессов очистки газов и тепломассообмена в контактных теплоутилизационных аппаратах с использованием активной ленточной насадки // Труды IХ Межгосударственной конференции «Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики». – К.: Институт промышленной экологии.- 1999.- С.39-42.

16. Падерно Д.Ю., Мележик А.В., Ковбуз М.А., Герцик О.М,.Беднарская Л.М. Возможность использования аморфных металлических сплавов в качестве катализаторов реакций окисления/восстановления в среде оксидов азота // Труды ХII конференции «Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики». Институт промышленной экологии. – К.: «ИПЦ АЛКОН» НАНУ, 2002.- С.147-151.

17. Падерно Д.Ю., Маслов В.В., Мележик А.В., Борисова Г.В. Влияние состава на коррозионную стойкость аморфных металлических сплавов для насадок контактных тепломассообменных газоочистных аппаратов // Труды ХIII конференции стран СНГ с международным участием «Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики». Институт промышленной экологии. – К.: «ИПЦ АЛКОН» НАНУ, 2003.- С.137-145.

18. Маслов В.В., Падерно Д.Ю., Мележик А.В. Влияние состава и особенностей технологии получения на прочностные характеристики лент аморфных металлических сплавов для насадок контактных аппаратов // Там же.- С.146-149.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.