» » Формирование ультрадисперсной (нанокристаллической, квазикристаллической) структуры при быстрой закалке
14.01.2016

Применение высоких скоростей охлаждения 105—106 К/с при получении быстрозакаленных сплавов сопровождается формированием в сплавах ряда систем ультрадисперсных нанокристаллической, квазикристаллической и смешанной структур.
К ультрадисперсным материалам относятся молекулярные кластеры, представляющие собой новую структурную модификацию вещества и содержащие небольшое число атомов (десятки), образующих отдельную молекулу-кластер. В качестве примера можно привести новую (третью наряду с графитом и алмазом) аллотропную форму углерода — фуллерены (С60, С70 и др,), металлофулерены (Ме@Сn) и молекулярные кластеры металлокарбонов типа Ме8С12 и МеmСn (Ме = Ti, Zr, V, Сr, Мо, Fе). Молекулярные кластеры получены методами закалки из газовой фазы в условиях интенсивного лазерного воздействия.
Квазикристаллические структуры, которые впервые были получены в быстрозакаленном сплаве Аl86Мn14, обладают элементом симметрии пятого порядка, что не согласуется с трансляционной периодичностью протяженной кристаллической решетки (микро-и макроразмеров) и наблюдается в основном в виде наноразмерных квазикристаллов.
В сплаве на основе алюминия Аl88Ni9Се2Fе1 непосредственно после высокоскоростного затвердевания получена смешанная структура из аморфной матрицы и дисперсных равномерно распределенных нанокристаллических частиц α—Аl-фазы с ГЦК-решеткой (около 25 % об.). При комнатной температуре сплав имеет предел прочности σв = 1560 МПа, а при 300 *С σв = 970 МПа. Экстремально высокая прочность сплава является результатом дисперсионного упрочнения аморфной матрицы нанокристаллическими частицами α—Аl-фазы. Установлена также высокая жаропрочность сплава, которая обусловлена высокой термической стабильностью бездефектной α—Аl-фазы.
Смешанная структура из квазикристаллической икосаэдрической фазы (ИФ) размером около 40 нм и тонких прослоек α—Аl-фазы с ГЦК-решеткой толщиной около 2 нм получена при быстром затвердевании сплавов Аl99-x-у СrхСеlСоy, содержащих до 5 % Сr и до 1,5 % Со. Частицы ИФ изотропно ориентированы и содержат большое количество дефектов строения, кристаллических фрагментов. При такой структуре сплав имеет σв = 1340 МПа, хорошую пластичность на изгиб. Замена кобальта в сплаве с магнием железом, никелем и медью приводит к снижению прочности из-за увеличения размеров ИФ. Хорошая пластичность сплавов, в которых основой является ИФ, определяется легкостью скольжения по межфазным границам ИФ/ α—Аl-фаз.
В сплавах Аl—Ni—Fе (до 14 % Ni и до 10 % Fе) и Аl—Ni—Со (до 14 % Ni и до 14 % Со) при быстром затвердевании может быть получена чисто аморфная структура, и в этом случае σв находится в пределах от 870 до 1070 МПа, а твердость НV — от 280 до 320. Снижение скорости охлаждения при затвердевании приводит к образованию смешанной структуры (аморфная + кристаллическая). Объемная доля кристаллической α—Аl-фазы около 20 %, размер нанокристаллических частиц и расстояние между ними около 100 и 30 нм соответственно. В результате σв и НV повышаются соответственно до 1270 МПа и до 360 без снижения пластичности при изгибе, Упрочняющее влияние α—Аl-частиц связывают с отсутствием в них внутренних дефектов.