ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ НА СТРУКТУРУ И ТВЕРДОСТЬ АМОРФНЫХ ЛЕНТ СПЛАВА Al85Y8Ni5Co2

Металлические стекла на основе алюминия являются новым перспективным семейством материалов. Однако влияние термической обработки на структуру и свойства аморфных сплавов системы Al–Y–Ni–Co до сих пор широко не изучено. В настоящей работе методом закалки на вращающемся медном диске получены аморфные ленты сплава Al85Y8Ni5Co2. Исследовано влияние отжига в вакууме при температурах от 100 до 500 °С в течение 30 мин на структуру и твердость данных лент. Для изучения изменений, происходящих в их структуре после термической обработки, использовались методы просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Для исследования влияния отжига на механические свойства лент была измерена микротвердость по Виккерсу. На основании полученных результатов сделаны выводы об изменении твердости в зависимости от структуры лент сплава Al85Y8Ni5Co2. Установлено, что с повышением температуры их микротвердость увеличивается, достигая максимального значения 575±7 HV после отжига при 350 °С, затем она снижается при дальнейшем повышении температуры термообработки. Показано, что после отжига при t  250 °С в течение 30 мин ленты сплава Al85Y8Ni5Co2 остаются полностью аморфными: в структуре отсутствуют кристаллические фазы. Резкое увеличение твердости после отжига при 350 °С связано с образованием в аморфной матрице нанокристаллов алюминиевого твердого раствора размером 10–30 нм, окруженных остаточной аморфной матрицей, а дальнейшее ее снижение обусловлено увеличением размера этих кристаллов и появлением в структуре интерметаллидов Al3Y и Al19Ni5Y3.

аморфные сплавы, металлические стекла, алюминий, отжиг, микротвердость

1. Klement W., Willens R.H., Duwez P. Non-crystalline structures in solidified gold-silicon alloys. Nature. 1960. Vol. 187. P. 869—870.

2. Лузгин Д.В., Иноуе А. Получение и нанокристаллизация металлических стекол. Ч. 1. Материаловедение. 2008. No. 11. С. 41—50; Louzguine D.V., Inoue A. Poluchenie i nanokristallizatsiya metallicheskikh stekol [Production and nanocrystallization of metallic glasses]. Materialovedenie. 2008. Vol. 11. P. 41—50.

3. Suryanarayana C., Inoue A. Bulk metallic glasses. Boca Raton: CRC Press., 2010.

4. Лузгин Д.В., Полькин В.И. Объемные металлические стекла: получение, структура, структурные изменения при нагреве. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 6. C. 43—52; Louzguine D.V., Pol’kin V.I. Ob”emnye metallicheskie stekla: poluchenie, struktura, strukturnye izmeneniya pri nagreve [Bulk metallic glasses: fabrication, structure and structural changes under heating]. Izv. vuzov. Tsvet. metallurgiya. 2015. Vol. 6. P. 43—52.

5. Inoue A., Ohtera K., Tsai A.P., Masumoto T. New amorphous Al—Y, Al—La and Al—Ce alloys prepared by melt spinning. J. Appl. Phys. 1988. Vol. 27. P. 736—739.

6. He Y., Poon S.J., Shiflet G.J. Synthesis and properties of metallic glasses that contain aluminum. Science. 1988. Vol. 241. P. 1640—1642.

7. Uporov S.A., Uporova N.S., Bykov V.A., Kulikova T.V., Pryanichnikov S.V. Effect of replacing RE and TM on magnetic properties and thermal stability of some Al—Ni-based amorphous alloys. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 586. P. 310—313.

8. Bacewicz R., Antonowicz J. XAFS study of amorphous Al—RE alloys. Scripta Mater. 2006. Vol. 56. P. 1187—1191.

9. Pershina E., Matveev D., Abrosimova G., Aronin A. Formation of nanocrystals in an amorphous Al90Y10 alloy. Mater. Charact. 2017. Vol. 133. P. 87—93.

10. Baoan Sun, Xiufang Bian, Jing Hu, Tan Mao, Yane Zhang. Fragility of superheated melts in Al—RE (Ce, Nd, Pr) alloy system. Mater. Charact. 2008. Vol. 59. P. 820—823.

11. Ram S.Maurya, Tapas Laha. Effect of rare earth and transition metal elements on the glass forming ability of mechanical alloyed Al—TM—RE based amorphous alloys. J. Mater. Sci. Technol. 2015. Vol. 31. P. 1118—1124.

12. Abrosimova G., Aronin A., Budcheko A. Amorphous phase decomposition in Al—Ni—RE system alloys. Mater. Lett. 2015. Vol. 139. P. 194—196.

13. Huang Z.H., Li J.F., Rao Q.L., Zhou Y.H. Primary crystallization of Al—Ni—RE amorphous alloys with different type and content of RE. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 489. P. 380—388.

14. Wang S.H., Bian X.F. Effect of Si and Co on the crystallization of Al—Ni—RE amophous alloys. J. Alloys Compd. 2008. Vol. 453. P. 127—130.

15. Nianchu Wu, Jingbao Lian, Rui Wang, Ronghua Li, Wei Liu. Effect on element type on glass forming ability of Al—TM—RE ternary metallic glasses using electron structure guiding. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 723. P. 123—128.

16. Rizzi P., Batezatti L. Microhardness and devitrification studies of Al—TM—RE alloys. J. Alloys Compd. 2007. Vol. 434. P. 36—39.

17. Rizzi P., Baricco M., Borace S., Batezatti L. Phase selection in Al—TM—RE alloys: nanocrystalline Al versus intermetallics. Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 304-306. P. 574—578.

18. Inoue A., Kimura H.M. Fabrications and mechanical properties of bulk amorphous, nanocrystalline, nanoquasicrystalline alloys in aluminium-based system. J. Light Met. 2001. Vol. 1. P. 31—41.

19. Inoue A., Ohtera K., Tsai A.P., Masumoto T. New amorphous alloys with good ductility in Al—Y—M and Al— La—M (M=Fe, Co, Ni or Cu) systems. J. Appl. Phys. 1988. Vol. 27. P. 280—282.

20. Shihlet G.J., He Y., Poon S.J. Mechanical properties of a new class of metallic glasses based on aluminum. J. Appl. Phys. 1988. Vol. 64. P. 6863—6865.

21. He Y., Poon S.J., Shiflet G.J. Synthesis and properties of metallic glasses that contain aluminum. Science. 1988. Vol. 241. P. 1640—1642.

22. Ma C.S., Zhang J., Chang X.C., Hou W.L., Wang J.Q. Electronegativity difference as a factor for evaluating the thermal stability of Al-rich metallic glasses. Phil. Mag. Lett. 2008. Vol. 88. P. 917—924.

23. Kim Y.H., Inoue A., Masumoto T. Ultrahigh mechanical strengths of Al88Y2Ni10–xMx (M = Mn, Fe or Co) amorphous alloys containing nanoscale fcc-Al particles. Mater. Trans. 1991. Vol. 32. P. 599—608.

24. Wang J. Q., H.W. Zhang, Gu X.J., Lu K., Sommer F., Mittemeijer E.J. Identification of nanocrystal nucleation and growth in Al85Ni5Y8Co2 metallic glass with quenched-in nuclei. Appl. Phys. 2002. Vol. 80. P. 3319—3321.

25. He Y., Poon J.F., Shiflet G.Y. Ball milling-induced nanocrystal formation in aluminum-based metallic glasses. Acta Metall. Mater. 1995. Vol. 43. P. 83—91.

26. Setywan A.D., Louzguine D.V., Sasamori K., Kimura H.M., Ranganathan S., Inoue A. Phase composition and transformation behavior of rapidly solidified Al—Ni—Fe alloys in α-Al decagonal phase region. J. Alloys Compd. 2005. Vol. 399. P. 132—138.

27. Louzguine D.V. Inoue A. Crystallization behaviour of Al-based metallic glasses below and above the glass-transition temperature. J. Non-Cryst. Sol. 2002. Vol. 311. P. 281.

28. Louzguine-Luzgin D.V., Inoue A. Comparative study of the effect of cold rolling on the structure of Al—RE—Ni—Co (RE = rare-earth metals) amorphous and glassy alloys. J. Non-Cryst. Sol. 2006. Vol. 352. P. 3903—3909.

29. Inoue A., Zhang T., Chen M.W., Sakurai T., Saida J., Mat-sushita M. Ductile quasicrystalline alloys. Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 967—969.

30. Kaloshkin S.D., Tomilin I.A. The crystallization kinetics of amorphous alloys. Thermochim. Acta. 1996. Vol. 280. P. 303—317.

31. Лузгин Д.В. Аморфные и нанокристаллические материалы на основе алюминия. Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. No. 10. C. 12—17; Louzguine D.V. Amorfnye i nanokristallicheskie materialy na osnove alyuminiya [Amorphous and nanocrystalline materials based on aluminum]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2001. Vol. 10. P. 12—17.

32. Лузгин Д.В., Полькин В.И. Свойс тва объемных металлических стекол. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. No. 6. С. 71—85.; Louzguine D.V., Pol’kin V.I. Svoistva ob”emnykh metallicheskikh stekol [Properties of bulk metallic glasses]. Izv. vuzov. Tsvet. metallurgiya. 2016. No. 6. P. 71—85.

33. Kim Y.H., Inoue A., Masumoto T. Ultrahigh tensile strength of Al88Y2Ni9M1 (M = Mn or Fe) amorphous alloys containing finely dispersed fcc-Al particles. Mater. Trans. 1991. Vol. 31. P. 747—749.

34. Kim W., Oh H.S., Park E.S. Manipulation of thermal and mechanical stability by addition of multiple equiatomic rare-earth elements in Al—TM—RE metallic glasses. 2017. Intermetallics. 2017. Vol. 91. P. 8—15.

35. Абросимова Г., Аронин А., Баркалов О. Структурные превращения в аморфном сплаве Al85Ni6.1Co2Gd6Si10.9 при многократной прокатке. Физика твердого тела. 2011. Т. 53. No. 2. C. 215—220; Abrosimova G., Aronin A., Barkalov O. Strukturnye prevrashcheniya v amorfnom splave Al85Ni6.1Co2Gd6Si10.9 pri mnogokratnoi prokatke [Structural transformations in amorphous alloy Al85Ni6.1Co2Gd6Si10.9 at multiple rolling]. Fizika tverdogo tela. 2011. Vol. 53. No. 2. P. 215—220.

36. Абросимова Г.Е., Аронин А.С. Тонкая структура ГЦК-нанокристаллов в сплавах на основе Al и Ni. Физика твердого тела. 2002. T. 44. No. 6. C. 961—966; Abrosimova G.E., Aronin A.S. Tonkaya struktura GTsKnanokristallov v splavakh na osnove Al i Ni [Structure of fcc-nanocrystals in Al and Ni-based alloys]. Fizika tverdogo tela. 2002. Vol. 44. No. 6. P. 961—966.

37. Aronin A.S., Abrosimova G.E., Kir’yanov Yu. V. Formation and structure of nanocrystals in an Al86Ni11Yb3 alloy. Phys. Solid State. 2001. Vol. 43. No. 11. P. 2003—2011.

38. Абросимова Г.Е., Аронин А.С. Влияние концентрации редкоземельного компонента на параметры наноструктуры в сплавах на основе алюминия. Физика твердого тела. 2009. Т. 51. No. 9. C. 1665—1672; Abrosimova G.E., Aronin A.S. Vliyanie kontsentratsii redkozemel’nogo komponenta na parametry nanostruktury v splavakh na osnove alyuminiya [Influence of rare-earth component concentration on parameters of nanostructure in aluminum-based alloys]. Fizika tverdogo tela. 2009. Vol. 51. No. 9. P. 1665—1672.

39. Tkatch V.I., Rassolov S.G., Popov V.V., Maksimov V.V., Maslov V.V., Nosenko V.K., Aronin A.S., Abrosimova G.E., Rybchenko O.G. Complex crystallization mode of amorphous/ nanocrystalline composite Al86Ni2Co5.8Gd5.7Si0.5. J. Non-Cryst. Sol. 2011. Vol. 357. P. 1628—1631.

40. Greer A.L. Partially or fully devitrified alloys for mechanical properties. Mater. Sci. Eng. 2001. Vol. 304. P. 68—72.

41. Jiaming Yin, Hongnian Cai, Xingwang Cheng, Hongmei Zhang, Xinqiang Zhang, Ziqi Xu. Enhanced mechanical properties due to nanocrystallization by isothermal annealing in Al85Ni9Er6 glassy alloy. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 695. P. 3048—3053.

42. Bazlov A.I., Tabachkova N. Yu, Zolotorevsky V.S., Louzguine-Luzgin D.V. Unusual crystallization of Al85Y8Ni5Co2 metallic glass observed in situ in TEM at different heating rates. Intermetallics. 2018. Vol. 94. P. 192—199.

43. Абросимова Г.Е. Эволюция структуры металлических стекол при внешних воздействиях: Автореф. дис. … докт. физ.-мат. наук. Черноголовка: ИФТТ РАН, 2012; Abrosimova G.E. Evolyutsiya struktury metallicheskikh stekol pri vneshnikh vozdeistviyakh [Evolution of the structure of metallic glasses under external influences]: Abstr. Diss. … Dr. Sci. (Phys.Math.). Chernogolovka: IFTT RAN, 2012.

44. Abrosimova G. E., Aronin A. S., Barkalov O. I., Dement’eva M. Formation of the nanostructure in amorphous alloys of the Al—Ni—Y system. Phys. Sol. State. 2013. Vol. 55. P. 1773—1778.