Анотація до роботи:

Рассолов С. Г. Вплив термічної передісторії на процеси релаксації і кристалізації рідких та аморфних сплавів на основі заліза в неізотермічних умовах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України, Донецьк, 2003.

Дисертація присвячена дослідженням термічного режиму охолодження розплавів за методом спінінгування, аналізу механізмів і кінетики процесів структурної релаксації і кристалізації рідких та аморфних металевих сплавів (АМС) Fe_100-xB_x (х = 15, 16, 20) та Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ в неізотермічних умовах, а також встановленню зв’язків між умовами одержання АМС і їх термічною стабільністю. Експериментально встановлені залежності швидкості охолодження від товщини стрічок d, характер яких визначається конкретним технологічним параметром (швидкість гартувального валку, температура розплаву) за рахунок якого змінювалась d. За допомогою комбінацій структурних та структурно-чутливих методів дослідження та режимів нагріву в АМС Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ виявлено низку особливостей структурної релаксації, яка складається з чотирьох елементарних процесів, що суттєво перекриваються. Вперше отримані точне та наближене аналітичні співвідношення, які описують процес контрольованого дифузією росту кристалітів в АМС в залежності від температури та швидкості нагріву a₊. Моделюванням цього процесу встановлено, що при збільшенні a₊ розміри зерен монотонно зменшуються і, зокрема при a₊ 10⁴ К/с в АМС Fe₈₅B₁₅ формується нанокристалічна структура. Показано, що експериментально спостережена сильна залежність температури кристалізації АМС Fe₈₀B₂₀ від товщини стрічок із визначеною термічною передісторією може бути кількісно інтерпретована в межах запропонованої в роботі моделі, яка базується на концепції фіктивної температури. Встановлено, що швидкість гартування розплаву зумовлює густину загартованих зародків у стеклах та ступінь відхилення структури від рівноваги і визначено експериментальні умови, при яких кожен з цих чинників впливає на термічну стійкість аморфних фаз.

Шляхом експериментальних досліджень та модельних розрахунків в дисертаційній роботі встановлені взаємозв’язки між режимами аморфізації розплавів методом спінінгування, товщиною отриманих стрічок та швидкістю їх охолодження, а також між термічною передісторією АМС та їх стійкістю до процесу кристалізації при нагріві с постійною швидкістю. За результатами досліджень сформульовані головні висновки та рекомендації.

1. Вперше проведені систематичні експериментальні дослідження впливу головних параметрів процесу спінінгування (швидкості гартувального валка, температури розплаву) на товщину стрічок та швидкість охолодження. Визначені емпіричні залежності між d та a_, які можуть бути використані як для кількісного аналізу впливу термічної передісторії на структуру та властивості АМС, так і для оптимізації процесу отримання швидко загартованих стрічок.

2. Встановлено, що характер взаємозв’язку між швидкістю гартування і товщиною стрічок суттєво залежить від того, за допомогою якого технологічного параметру регулюється величина d: при зміні швидкості гартувального валка - пропорційно a_ d^-3,1, що сильніше ніж теоретично передбачувана залежність для ідеального режиму охолодження, а при варіації температури ежекції a_ зростає з товщиною стрічок.

3. Використання спеціальної термічної обробки (нагрів с постійною швидкістю до різних температур з послідуючим швидким охолодженням) дозволило виявити ряд особливостей процесу структурної релаксації АМС Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆, які не виявляються при неперервному нагріві, ізотермічних та ізохрональних відпалах: виявлено оборотний характер локального атомного впорядкування і встановлено дифузійний механізм зростання концентраційних неоднорідностей мезоскопічного рівня.

4. За допомогою сумісного вирішення рівняння балансу потоків через границю розділу і крайової дифузійної задачі вперше отримано точне та наближене аналітичні співвідношення, які описують контрольований дифузією ріст кристалів в аморфній фазі в залежності від температури та швидкості нагріву. Показано, що при трактуванні параметру T²/(a₊Q) як ефективного часу при нагріві з постійною швидкістю отримані в роботі наближені співвідношення формально збігаються з відомими параболічними залежностями, які були встановлені для ізотермічних умов.

5. Шляхом моделювання дифузійно-контрольованого росту кристалів в АМС показано, що при збільшенні швидкості нагріву розміри зерен монотонно зменшуються і, зокрема, в сплаві Fe₈₅B₁₅ при a₊ 10⁴ К/с повинна формуватися нанокристалічна структура. Добрий збіг розрахункових даних з експериментальними свідчить про застосовність отриманих співвідношень для аналітичного опису неізотермічної кінетики первинної кристалізації АМС та прогнозування умов отримання нанокристалічних структур в широкому колі сплавів.

6. Встановлено, що залежність температури кристалізації АМС Fe₈₀B₂₀ від товщини стрічок з відомою термічною передісторією може бути кількісно інтерпретована в рамках запропонованої моделі, яка базується на концепції фіктивної температури.

1. Показано, що режим охолодження розплаву визначає густину загартованих зародків і ступінь відхилення структури стекол від рівноваги, а також встановлені експериментальні умови, при яких кожен з цих факторів впливає на термічну стійкість аморфних фаз.

Публікації автора:

1. Ткач В. И., Лимановский А. И., Каменева В. Ю., Рассолов С. Г. Обобщенный анализ кинетики кристаллизации аморфных сплавов в изотермических и неизотермических условиях // Физика и техника высоких давлений. – 1999. – т. 9, № 2. - с. 89-94.

2. Ткач В. И., Крысов В. И., Каменева В. Ю., Лимановский А. И., Крысова С. К., Рассолов С. Г., Попов В. В. Изменения структуры и свойств металлического стекла Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ в процессе непрерывного нагрева // Конденсированные среды и межфазные границы – 2001. - т. 3. - с. 46-48.

3. Tkatch V. I., Limanovskii A. I., Denisenko S. N., Rassolov S. G. The effect of the melt-spinning processing parameters on the rate of cooling // Materials Science and Engineering. – 2002. – A323, No 1-2. – p. 91 – 96.

4. Ткач В. И., Рассолов С. Г., Селякова Н. И., Моисеева Т. Н., Каменева В. Ю., Попов В. В. Кинетика двухстадийной кристаллизации аморфного металлического сплава Fe₈₄В₁₆ // Вестник Днепропетровского университета. Физика. Радиоэлектроника. – 2002. – вып. 8. – с. 71 – 79.

5. Рассолов С. Г., Ткач В. И., Попов В. В., Лимановский А. И. Влияние релаксации на структуру и термическую устойчивость аморфной фазы в быстроохлажденных лентах сплава Fe₈₀В₂₀ // Физика и техника высоких давлений. – 2002. – т. 12, № 3. - с. 116-126.

6. Rassolov S. G., Tkatch V. I., Selyakova N. I. Diffusion-limited crystal growth in metallic glasses under continuous heating // Journal of Applied Physics. – 2002. – vol. 92, № 10. – p. 6340-6342.

7. Ткач В. И., Моисеева Т. Н., Рассолов С. Г., Каменева В. Ю., Мороз Т. Т. Кристаллизация аморфного сплава Fe₈₆B₁₄ при нагреве с постоянной скоростью // Физика металлов и металловедение. – 2003. – т. 95, № 3. – с. 52-58.

8. Рассолов С. Г., Ткач В. И., Каменева В. Ю., Попов В. В. Зарождение и рост кристаллов a-Fe при линейном нагреве аморфного сплава Fe₈₅B₁₅ // Физика и техника высоких давлений. – 2003. – т. 13, № 1. - с. 75-83.

9. Ткач В. И., Лимановский А. И., Рассолов С. Г. Влияние температуры расплава на скорость закалки аморфизующегося расплава в методе спиннингования // Труды Х Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов". - Екатеринбург-Челябинск - ЮурГУ. – 2001. - т. 4 - с. 16-19.

10. Ткач В. И., Лимановский А. И., Каменева В. Ю., Рассолов С. Г. Влияние термической предыстории на структуру, свойства и кинетику кристаллизации аморфных сплавов // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов" - Екатеринбург. - 1998. - т. 1. - с. 135-136.

11. Stefanovich L. I., Limanovskii A. I., Tkatch V. I., Rassolov S. G. Non-homogeneous relaxation of the excess free volume in metallic glasses near the glass transition temperature // Books of Abstracts "II Workshop on Non-Equilibrium Phenomena in Supercooled Fluids, Glasses and Amorphous Materials." - 27 Sept. - 2 Oct. – 1998. – Pisa. – Italy. - P. B4.

12. Tkatch V. I., Limanovskii A. I., Rassolov S. G., Popov V. V. Correlation between the thermal history and glass transition and crystallization temperatures in some Fe-base metallic glasses // Abstracts of Tenth Int. Conf. on Rapidly Quenched and Metastable Materials. – Bangalore. – India. - August. – 1999. - p. A150.

13. Yurchenko V. M., Tkatch V. I., Rassolov S. G. A theoretical analysis of the temperature dependence of the melt crystal interfacial energy // Abstracts of Tenth Int. Conf. on Rapidly Quenched and Metastable Materials. – Bangalore. – India. - August. – 1999. - p. A151.

14. Ткач В. И., Крысов В. И., Каменева В. Ю., Лимановский А. И., Крысова С. К., Рассолов С. Г., Попов В. В. Изменения структуры и свойств металлического стекла Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ в процессе непрерывного нагрева // Тезисы докладов XX Международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" – Воронеж. – октябрь. – 1999. - с. 112.