Способ получения ориентационных фигур травления на железоникелевых сплавах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»905700 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 210330 (21) 2898410/22-02 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 150282 Бюллетень Йо 6

Дата опубликования описания 150282 (51)М Кп з

01 М 1/32

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений

H открытий (53) УДК6 2 1 . 794 . . 449 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.К.Баранова и P Ô.Хаталах

) ::"

) 1 1

Институт физики твердого тела АН С СР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ OPHEHTAUHOHHbK

ФИГУР ТРАВЛЕНИЯ HA ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫХ

СПЛАВАХ! 2

Изобретение относится к металлофизике, преимущественно к металловедению, и может быть использовано для оПределения кристаллографической ориентации моно- и поликристаллов магнитомягких прецизионных сплавов при изучении процессов рекристаллизации, двойникования, текстурирования, а также как экспресс-анализ для контроля структуры серийных листовых материалов и готовых изделий в металлургической промышленности.

Известно, что определить кристаллографическую ориентацию поверхности можно II форме фигур травления, которые четко ограничены плоскостями определенного типа. Однако получение на металлах таких фигур представляет значительные трудности, особенно на, неплотноупакованных плоскостях и поликристаллических объектах.

Известен способ получения фигур травления на кремнистом железе и трансформаторной стали. При электролитическом растворении полированных образцов в. 5Ъ-ном растворе лимонной кислоты при плотности тока 0,3 A/ñì ф в течение 10-15 с на всех плоскостях образуются фигуры травления, четко ограниченные плоскостями (100) и (110); т.е. куба и ромбического додэкаэдра (1).

Эта методика дает хорошие результаты, но она не применима для других металлов.

Известны также способы получения фигур травления на вольфраме. При химическом растворении вольфрама в смеси 5 r Кь(Ре(СИ)е ) +2NaOH+100 мл НВО в течение 15 с на плоскостях, близких к .(100) и (111), образуются фигуры травления с огранкой ромбического додэкаэдра (110). В области между (110) †(112) травление происходит неудовлетворительно, и фигуры имеют неправильную геометрию. На поликристаллах часто внешние контуры фигур вообще исчезают, образуя общий растравленный рельеф, что резко снижает

20 точность определения по-шм-Ораента= ции и требует создания специальной аппаратуры и методов расчета )2).

Недостатками данной методики являются невозможность одновременного вы25 явления Фигур травления на всех плоскостях, искажение их формы и сложность расчета.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому

30 результату является способ получения

1,905700 ориентационных фигур травления на железоникелевых сплавах. По этому способу монокристаллы сплава Fe-Ni (50% Ni) электрохимнчески растворяют в водном растворе концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении HNOS НС1 НзО 1; 3 i50a (об. ч. ) при плотности тока 0,6 A/ñì в течение

20 с. При такой обработке на основных кристаллографических плоскостях (100), (110) и (111) образуются четко огра- 10 ниченные фигуры с огранкой октаэдра (111). Внутренняя структура фигур ясно видна только на (111), а на (100) и (110) она окислена и поэтому неразличима (3).

Недостатками известного способа

15 являются плохое качество получения ориентационных фигур травления на всех плоскостях моно- н поликристаллов, невозможность получения по этой методике фигур травления на других 20 неплотноупакованных плоскостях монокристаллов, четких фигур травления на поликристаллах, фигур травления на сплавах íà Fe-Ni однове, содержащих более и melee 50%Ni.Кроме i того, в 5 результате многочисленных опытов было установлено, что на отечественных промышленных сплавах 550 НП, содержащих 50% Ni пэ этой методике невозможно получить четкие фигуры даже на плоскостях (100)у (110) и (111).

Эти недостатки делают невозможным использование известного способа для определения ориентации поверхности моно- и поликристаллов отечественных промышленных Fe-И1 сплавов с широким диапазоном концентрации никеля - низконикелевых и высоконикелевых.

Цель изобретения - получение высококачественных ориентациоинык @игур травления на всех плоскостях моно- и поликристаллов сплавов с различной концентрацией никеля, а также легированных No„ Cr, Си, Цель достигается тем, что смесь концен трированных азотной и соляной 45 кислот в соотношении 1:3 (об.ч.} перед разбавлением водой выдерживают в течение 10-15 сут, разбавляют в равных объемных частях этилсина спиртом и концентрированной ппавико- 50 вой кислотой, вновь. выдерживают 510 ч, а затем разбавляют водой в соотношении 1(3-5) и электуохимически растворяют сплавы Fe-И1, содержащие 30-903 Ni; при плотиости то- у ка 0,6-1,0 А/см в течение 3-10 с.

При этом предлагается следующее соотношение компонентов в конечной смеси для электрохимического растворения, об.ч.: HNO .. HCl:CH>CHaOH: HF..

) Н О (1-1,2): (2 р 5-3, 5): (4-5) - (3-5):

ДО-.V) .

Предлагаеьый способ заключается в следующем. 65

Азотная (уд. вес 1, 38 г/см ) и соляная (уд. вес 1, 18 г/см ) кислоты берут в соотношении (1-1, 2): (2, 53,5) об.ч. и выдерживают в открытом сосуде в течение 10-15 сут. За это время в смеси происходят сложные реакции разложения с образованием хлористого нитролиза, который окрашивает раствор в оранжевый цвет, и газообразных продуктов реакции (окислов азота и хлора), которые удаляются из раствора в виде пузырьков газа.

Через 10-15 сут выдержанную смесь разбавляют в равных частях этиловым спиртбй (96% и плавиковой кислотой (уд.вес. 1,14г/см ) и вновь выдерживают до разложения хлористого нитролиза (о чем свидетельствует обесцвечивание раствора) в течение 5-10 ч.

Затем эту смесь разбавляют водой в соотношении 1:(3-5) и злектрохимически растворяют Fe-Ni сплавы. При

I этом можно брать сплавы с содержанием никеля 30-90%, например, 90 НП, а также легированные, например

78 НИП.

В смеси концентрированных азотной и соляной кислот, а также в ее водных растворах протекают сложные окислительно-восстановительные реакции с выделением сильных окислителей — хлористого нитролиза, газообразных хлора и окислов азота. Описанные процедуры (выдержка смеси кислот, добавление этилового спирта и вторичная выдержка) уменьшают окислительный потенциал системы и стабилизируют протекание реакций на аноде, что улучшает качество фигур травления и восцроизводимость результатов. Это особенно важно, так как образование ориентационных Фигур травления происходит при высокой плотности тока и, следовательно, может сопровождать я выделением кислорода на аноде и окнслением металла. Если способ приготовления смеси не соблюдается, то фигуры травления либо едва заметны (пример 5), либо имеют нечеткие края (пример 6 и 7), либо они окислены и их внутренняя структура неразличима (пример 4}. Плавиковая кислота добавляется к смеси в качестве полирующего агента. В ее отсутствии фигуры получаютая довольно четкие, неокисленные, с различимой внутренней структурой, но на поверхности образуется ребристый фон из плоскодонных ямок (пример 8 и 1 О), который ухудшает контраст фигур травления и следовательно, снижает точность определения по ним ориентации.

По преддагаемой методике фигуры травления образуются на всех плоскостях Fe-Ni сплавов, содержащих 3090:5 Ni и их форма не искажается при переходе от монокристаллов к поликристаллам и от плотноупакованных плоскостей к плоскостям с другими

905700

Характеристика картины травления и кристаллографическая ориентация определенная по фор-. ме фигур травления

Пример условия травления (плотность тока, время обработки) Способ приготовления смеси для травления и ее состав, об.ч.

Характеристика сплава (марка, структура, термообработка) Смесь HNO . НС1 1 3 выдерживают 15 сут, разбавляют СН СНйОЙ и HF в соотношении

1: 1 1, вновь выдерживают 10 ч, разбавляют HgO в соотношении 1:4

80НП, монокристалл, (110), отклонение 2-3

Четкие фигуры травления с ориентацией (110), некото. рая несимметричность фигур травления, обусловленная отклонением от (110) на 2-3

0 б A/ñì

l0 с индексами (примеры 1-3,9,11 и 12).

Они ограничены плоскостями типа (100) и (110), т.е. куба и ромбичес кого додэкаэдра. Поскольку геометрия полученных фигур- травления хорошо соответствует расчетной, по ним с 5 высокой точност ью можно определит ь ориентацию поверхности. Проводят контроЛьное рентгеновское определе-. ние ориентации различных плоскостей монокристаллов и поликристаллов по И) методу Лауэ. Сопоставление полученных данных с,данными определения ориентации по форме фигур травления показывает, что точность обеих методов приблизительно одинакова и составляет

3-7а .

Пример ы 1-12. Образцы монокристаллов промышленных Fe-Ni сплавов, содержащих 30-90Ф Ni, c различной ориентацией поверхности, а также цоликристаллическую ленту промышлен ных сплавов 50 НП и 78 НМП после низкотемпературного и высокотемпературного отжига полируют электрохимически в смеси HNO (уд.вес 1,38 г/см ; НС1 (уд.вес. 1,18 г/смэ). Н О 1: 1-1 (об.ч.)25 при плотности тока 5-10 A/ñì в течение 2-3 с, промывают дистиллированной водой и электрохимически травят.

В таблице представлены данные, характеризующие предлагаемый способ.

Предлагаемый метод прост в выполнении, высокопроизводителен, не требует дорогостоящей аппаратуры и сложных методов расчета, и может быть рекомендован в качестве экспрессметода для широкого применения в лабораторных и производственных условиях для целей изучения текстуры деформации и рекристаллизации, а также для контроля качества серийной продукции 40 промышленности прецизионных магнитомягких Fe-Ni сплавов, магнитные свойства которых анизотропны и определяются совершенством структуры. Применение метода может ускорить выбор оптимальных условий технологии изготовления магнитных элементов. Метод может заменить применяемый обычно в лабораторных условиях дорогостоящий и малопроизводительный метод полюсных фигур, который требует уникального рентгеновского оборудования и сложных методов расчета, и поэтому практически непригоден для широкого использования в промышленных условиях.

Этот метод имеет преимущество перед методом цолюсных фигур, поскольку иозволяет определить не только ориентаиню очень мелких зерен, а также их размеры и расположение, в то время как метод полюсных фигур дает только интегральную характеристику. Способ позволяет получать высококонтрастные фигуры травления, четко ограниченные плоскостями куба и ромбического додэкаэдра (100) и (110), геометрия которых точно соответствует расчетной, и . поэтому по ним можно проводить определение ориентации поверхности с высокой точностью 3-7, без применения специальной оптической аппаратуры н сложных методов идентификации, Предлагаемый способ может быть применен для определения ориентации для целой группы промышленных прецизионных Ре-Н1 сплавов, содержащих

30-90% Ni. Фигуры травления образуются одновременно на всех плоскостях и их форма не искажается.при переходе от моно- к поликристаллам и от плотноупакованных плоскостей к плоскостям с другими индексами. Это делает особенно удобной предлагаемую методику для анализа мелкокристаллических объектов и текстуры.

905700

Продолжение таблицы! (4

1,2 А/см й.

5 с

Четкие фигуры травления,ориентация (102) То же

90HIII монокристалл (351) 0,6 A/ñüÐ

10 с

Четкие фигуры травления

50НП, поликрис- Смесь HNO . НС1 Н О таллическая лен- 1.3450 (или HN+. HCQ: та после прокат- .Н О вЂ” 1: 12, без ки и высокотем- выдержки(известный) пературного отжига! текстура по (100) 95%

0,8 A/cì

7 с

То же

То же

То же

«! !

Нечеткие плоскодонные ямки травления на ребристом фоне

6 «! I»! !»

8 «! !»

0,8 A/ñì, 5 с

«i!»

То. же

-В .

ЗОНП, монокристалл (102) 10 50НП, ноликристаллическая (.лента после:, прокатки и ниэкотемпературноro отжига

Смесь ННО НС1

1, 3 выдерживают 15 сут, разбавляют Н О в соотношении 1 12

Смесь НМОв. НС1 1:. 3 разбавляют СН СН ОН и

Н О в соотношении 1:1:, :12 (без выдержки) Смесь HNO IHCl 1:3 выдерживают, 15 сут, разбавляют СНвСН ОН и

Н О в соотношении 1: 1!

412

Смесь НИОа4НС1 1!3 выдерживают 15,сут, разбавляют CH+CH

Смесь ННО®., НС1 1;3 выдерживают 15 сут. разбавляют СН СН ОЙ и HF в соотношении

1:1 1, вновь выдерживают 10 ч, раз-4 бавляют HgO в соотношении 1:4

Смесь HNO IНС1 1. 3 выдерживают 15 сут,. разбавляют СН СН ОН и HF в соотношении

1:1:0,5, вновь выдерживают 10 ч, разбавляют Н О в соотношении 1;5

Мелкие окислительные ямки травления в виде точечной коррозии, ориентация блоков неразличима

Нечеткие фигуры травления ориентации (100), края закруглены, внутри окислены, ребристый фон, фигуры сливаются

Текстура по (100), ребристый фон нэ плоскодонных ямок края фигур травления слегка размыты

Четкие фигуры травления, текстура по (100), фона плоскодонных ямок нет

Блоки различной ориентации, ребристый фон из плоскодонных ямок, края фнгур травления слегка размыты

905700

Продолжение таблицы

«1 °

Смесь HNQ:HCl 1 2,5 выдерживают 10 сут, разбавляют СН СН ОЙ и HF в соотношении

1,2:1,5 1,5,, вновь выдерживают 5 ч, разбавляют Н О в соотношении 1 5

ll То же

Четкие фигуры травления, ясно видны блоки с ориентацией (115), (107). (113) (100) 0,6 A/ñì, .

10 с

Четкие фигуры ,травления, текстура по (100), блок ориентации (112), фона не т

То же

1 0 A/cì

7 с

Смесь НИО :НС1 1-2 выдерживают 15 сут, разбавляют СН8СН ОЙ н НР в соотношении

1: 1: 1, вновь выдерживают 10 ч,разбавляют Н О в соотношении 1:4

Четкие фигУРы травления, плоскость (110) 13 80НП, монокристалл

То же

ЗОНП, монокрнсталл, плоскость (111) Четкие фигуры травления, плоскость (111) То же

50Нп, поликристаллическая лента, плоскости (100) и (111) с отклонением ,3-5О

Четкие фигуры травления, блоки (100) н (111) с небольшим отклонением

Четкие фигуры травления,плоскости (100) и (112) 6

78НПМ, поликристалл

Формула изобретения

Филиал ППП "Патент", r.óæãîðîä, ул.Проектная,4 ! К

12 78НИП, поликристаллическая лента после прокатки и высокотемпературного отжига, текстура по (100), блоки ориентации (112) Способ получения ориентационных фигур травления на желеэоникелевых сплавах, содержащих 30-90% никеля, включающий электрохнмическое растворение в смеси концентрированных азотной и соляной кислот, разбавленных водой в соотношении 1:3 50 (об.ч.), отличающийся тем, что, с целью получения высококачественных ориентационных фигур травления на всех плоскостях моно- н поликристаллов, смесь азотной и соляной кислот перед раэбавлением водой выдерживают

10-15 сут, смешивают с этиловым спиртом и плавиковой кислотой в равных

ВНИИПИ Заказ 353/59 частях, вновь выдерживают 5-10 ч, а затем разбавляют водой н проводят электрохимическое растворение при

Я плотности тока 0,6-1,0 А/см .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соколов Б.К. Структура и свойства текстурованных металлов и спла55 вов. й., Наука, 1969, с.112, 2. Чистяков k).Ä., Пекарен A.È. Заводская: лаборатория, ХХХ1, 12, 1965, с.1467, 3. Ringhfeil Н., Fritsche I., 60 Abh. der Dawzur Berlin КЬ.f. Math und

Techn )arhgang 1962, N 6, Beitrage zur

Metall Physic I. Acad. Veri 31.

Тираж 882 Подписное