Способ получения аморфных металлических материалов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, включакщкй нагрев смеси порошков .исходных компоненто в до температуры плавления с последукицим охлаждением, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и расширения технологических возможностей за счет увеличения объема материала, нагрев смеси порошков и последующее охлаждение проводят под давлением 2,5-8 ГПа, причем охлаждение до комнатной температуры проводят со скоро стью (l,1-1,б) 10 град/сj после чего давление снижают до атмосферного .

ИЭ (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОИ ЛОМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 3592973/22-02 (22) 20.05.83 (46) 15.05.84. Бюл. У 18 (72) С.В.Попова, А.В.Цвященко, Н.В.Каляева и Л.Н.Джавадов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики высоких давлений АН СССР (53) 621.762.21(088.8) (56) ).Jones Н. Splat cooling and

metastable рЬавз.- Reports on Prog-

ress 7n Physics, 1973, 36, .N3 )), р. 1425-1497.

2. Chen H.S., Niller С.Е. Centiifugal spinning of Metallic glass

filameats. — Mat,Res.Bull., 1976, ll, У ), р.. 49-54.

3. Авторское свидетельство СССР

У 768851, кл. С 22 F )/00, 1978.

4. Борисов В.Т., Духин А.И; Изучение пересыщенных твердых растворов и температурного режима при закал; ке жидкого состояния. В сб. Рост и, дефекты металлических кристаллов.

Киев. "Цаукова думка",,1972, с.408413. а

358 В 22 F 1/00 С 22 F l/00, С 22 С )/02 . (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ А2ЮРФНЫХ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев смеси порошков .исходных компонентов до температуры плавления с последующим охлаждением, о т — . л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса и расширения технологических возможностей

sa счет увеличения объема материала, нагрев смеси порошков и последующее охлаждение проводят под давлением

2,5-8 ГПа, причем охлаждение до комнатной температуры проводят со скоро" стью (1,1-1,6) !О град/с; после чего давление снижают до атмосферного. 3

1092001

Изобретение относится к получению аморфных материалов, которые могут применяться в различных областях, а именно в силовых трансформаторах, при изготовлении магнитных головок 5 для записи, в космической технике и ядерном реакторостроении.

Известен способ получения аморфных материалов закалкой из жидкого состояния, который состоит в вы10 бр асыв анин р аспл ав а на массивную холодную металлическую подложку, неподвижную или вращающуюся, при этом достигается большая скорость охлаждения 10 -10 7 град/с (1) .

Однако чистые элементы (железо, никель, хром, кремний) могут быть получены только в виде тонких плео нок 100 А при осаждении на холод;

20 ную подложку.

Известен способ получения аморфных материалов, включающий закалку расплава на внешней желобообразной поверхности вращающегося колеса, из=

25 готовленного из полированного меднобериллиевого сплава; центробежные силы в этом способе обеспечивают хороший тепловой контакт и большую скорость охлаждения (10 град/c) )2) .

Таким способом могут быть получены ленты из аморфного металлического сплава состава t Р6 0,4 N< 0,610,75

Р 0,16 В 0,06 А820,3 длиной в несколько сот метров, шйриной 0,5 мм и толщиной 20 мк.

Известен также способ получения стекловидного продукта из аморфных материалов, включающий расплавление исходного металла сплава, перегрев 40 расплава и высокотемпературную закалку, согласно которому расплав перед перегреванием разделяют на число, равное числу структурных модификаций металла или сплава в расплавлен ном состоянии. Перегрев каждой порции ведут раздельно, в интервале темпера-. тур существования соответствующей модификации, и перед закалкой его смеши вают, а затем заливают в устройство для высокоскоростного охлаждения (скорость охлаждения 0,314r10 град/с), Таким способом может быть получен стекловидный продукт из висмута, алю.— миния, железа и сплавов на их основе.

Длина чешуек стекловидного продукта

60 мм, толщина — — 170 мк 13).

Недостатком известных способов является невозможность получения объемных компактных аморфных материапов, так как необходимые скорости охлаждения могут быть достигнуты только в тонких десятки микрон) слоях материала, что ограничивает их технические возможности.

Наиболее близким к предлагаемому с по технической сущности и достигаемому результату является способ получения аморфных металлических материалов, включающий нагрев смеси порошков исходных компонентов до температуры плавления и охлаждение, путем расплющивания расплава между двумя охлаждаемыми стержнями. После созда- ния вакуума в камере один из стержней ранее оттянутый и зафиксированный с помощью рычажного устройства, высвобождается и, ускоряясь под влиянием атмосферного давления, ударяет расплав, расплющивая его о полированную поверхность второго стержня. Таким способом могут быть получены аморфные сплавы при охлажде7 нии расплава со скоростью 10 — 10 град/с (4) .

Недостаток этого способа — сложность технологического процесса, небольшая толщина (30-50 мк) аморфного материала. Таким способом не могут быть получены объемные компактные слитки аморфных материалов, что ограничивает область их использования.

Цель изобретения — упрощение процесса и расширение технологических возможностей за счет увеличения объема материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения аморф ных металлических материалов, включающему нагрев смеси порошков исходных компонентов до температуры плавления с последующим охлаждением, нагрев смеси порошков и последующее охлаждение проводят под давлением 2,5-8 ГПа, а охлаждение до комнатной температуры проводят со скоростью (1,1-1,6) 10 град/с,. после чего давление снижают до атмосферного.

В качестве исходных материалов могут быть использованы порошки или сплавы, например железо, марганец, иттербий, никель, приготовленные в определенных соотношениях, которые помещают в камеру высокого давления, при комнатной температуре созда—

Ol 4

3 10920 ют давление от 2,5 до 8 П1а, затем в течение 0,1-1 с нагревают до температуры плавления с последующим выключением нагрева и охлаждением со скоростью (1,1-1,6) ° !О град/с, затем .снижают давление до атмосфер,ного.

Использование давлений ниже

2,5 ГПа .не позволяет получить аморф- 1О ные образцы, увеличение давлений выше 7 IlIa требует использования

I при той же силе пресса камер с меньшим объемом, что приводит к уменьшению получаемых материалов. t5

Выбранные пределы скоростей достаточны и необходимы для получения металлических сплавов в аморфном состоянии.

Пример 1. Готовят навеску из смеси порошков элементов марганца и иттербия в отношении Мп: Ъ = 2:1, общим весом 400 мг. Смесь помещают в контейнер камеры высокого давления, изготовленный из стали марки

Х23105Т, который одновременно служит и нагревателем. Поднимают давление до 8 ГПа1 производят быстрый нагрев до температуры расплавления смеси с последующим охлаждением со скоростью З0

1,5 10 град/с. Затем снижают давление до атмосферного. Извлекают образец из камеры высокого давления.

Центральная часть образца имеет форму шаровидного слитка диаметром 5 мм. Рентгено-спектральный анализ показывает, что образец имеет сплав

И 0,60 М и 0,38 1Ъ 0,02. Изменение состава сплава по сравнению с исход-, ным происходит из-за плавления на- 40 гревателя. Зависимость намагниченносТи от температуры свидетельствует, что полученный аморфный материал при низких температурах ведет себя как ферромагнетик температура Кю-<5 ри 15 K) зависимость намагниченности от поля показывает.отсугствие насыще ния при 4,2 К вплоть до 9 кЭ. Микротвердость аморфного сплава равна

1206 60 кг/мм2. . Пример 2. Готовят навеску из смеси порошков железа и никеля в отношении F8: Hj = 1 : 2, общим весом !50 мг. Смесь помещают s контейнер камеры высокого давления, 55 изготовленный из нитрида бора. Повышают давление до 5 ГПа и производят быстрый нагрев до температуры расплавления смеси с последующим охлаждением со скоростью 1,6 ° 10 град/с.

Нагрев осуществляется прямым пропусканием тока через реакционную смесь. Затем снижают давление до атмосферного. Извлекают образец из камеры высокого давления. Центральная часть образца имеет вид удлиненного слитка длиной .3 мм, шириной

+1,Ь мм. Рентгеноспектральный анапиз показывает, что материал имеет сос-, тав F6 0,32 М 0,68. Микротвердость материала Н 1 = 844130 кг/мм (нагрузка 100 г}, пикнометрическая плотность P = 7,6Й0,1 г/см . Травление материала в 207.-ном растворе НС показывает, что полученный материал обладает коррозионной стойкостью в

300 раз большей, чем литые, сплавы такого состава. В результате травления из материала были выделены чешуйкообразные частицы размером от

0,2 до 0,5 мм, толщиной O,l мм.

Пример 3. Готовят навеску из смеси порошков железа и бора в. отношении Гс.:В= 3:1, общим весом 150 мг. Смесь помещают в камеру высокого давления (нагреватель тот же, что в примере 1) .Повышают давление до 2,5 ГПа, производят быстрый нагрев до температуры плавления смеси с последую им охлаждением со скоростью 1,1 ° 10 град/с. Затем снижают давление до атмосферного.

Извлекают образец из камеры высокого давления. Центральная часть образца имеет вид шаровидного слитка диаметром М 2,5 мм. Микротвердость полученного материала 998+35 кг/мм при нагрузке 100 r пикнометрическая плотность 7,0+0,2 г/см ,Предлагаемый способ получения аморфных металлических материалов Ilo сравнению с известным позволяет зна» чительно упростить процесс, исключив использование сложного оборудо/ вания система рычажных устройств, центрировка стержней и системы специального перемещения расплава), Кроме того, предлагаемый способ позволяет значительно снизить скорость охлаждения с 10 град/с до (1,11,6) ° 10 град/с и расширить техноло1гические возможности sa счет увеличения объема компактного материала.

ВНИИПИ Закв

Филиал ППП П г раж 775 Подпиское д, ул.Проектная, 4