Влияние лазерного излучения на свойства объемных металлических стекол на основе Zr и Pd Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ОБЪЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ НА ОСНОВЕ Zr И Pd

© А.В. Яковлев, В.А. Федоров, В.В. Коренков, Н.А. Конопкина

Ключевые слова: лазерное излучение; стеклование; кристаллизация; металлическое стекло.

Исследованы закономерности изменения свойств объемных аморфных металлических сплавов на основе Pd и 2г в зонах воздействия лазерного излучения.

Оценка механических свойств объемных металлических стекол (МС) [1-2] в зонах локального воздействия, в частности импульсов когерентного излучения, является практически значимой задачей, в связи с тем что, во-первых, лазерное излучение является одним из способов термической обработки, а во-вторых, круг применения лазерного излучения и МС постоянно расширяется. В частности, объемные МС, имеющие большой интервал между температурой кристаллизации и стеклования, и низкую скорость охлаждения, могут быть использованы в качестве конструкционных материалов.

Цель работы: установить характер влияния лазерного излучения на механические свойства МС.

Исследования проводили на объемных МС на основе Zr и Pd. Объектами исследования служили образцы размером 2x5x4 мм системы Zr-Ti-Сu-Ni-Al (52,5 % Zr) и системы Pd-Си-ЫьР (40 % Pd).

Воздействие лазерного облучения на поверхность объемных МС осуществляли на лазерной установке «ЛТА-4-1». Поверхность образцов для исследований была приготовлена как металлографический шлиф. Исследование механических свойств МС осуществляли на Nano Indenter G200.

Для исследования механических свойств в зоне воздействия лазерного излучения, образующейся на поверхности объемных МС, в сравнении со свойствами поверхности, находящейся в исходном состоянии, был использован метод наноиндентирования. В ходе экспе-

риментов были построены диаграммы P - h (усилие внедрения - глубина погружения).

На рис. 1 представлены зависимости, построенные для сплава на основе Zr. Видно, что диаграмма, полученная внутри зоны воздействия (рис. 1а), значительно отличается от диаграммы, полученной для исходного материала (рис. 1б). Выделяется ряд характерных участков: монотонного роста h с увеличением нагрузки и ползучести.

Из рис. 2 видно, что диаграммы P - h внутри зоны и за ее пределами практически аналогичны для сплава на основе Pd. Отмечено образование скачкообразного приращения h, что связано с развитием локализованной пластичности. По результатам экспериментов были рассчитаны нанотвердость и модуль Юнга внутри кратера и в исходном состоянии. Отмечено изменение механических характеристик в зоне лазерного излучения по сравнению с исходным материалом. В сплаве на основе Zr значительное уменьшение нанотвердости и модуля Юнга связано со структурным превращением: металлическое стекло ^ ГПУ кристалл. Согласно данным об элементном составе сплава на основе Zr, определенном на микроскопе Quanta 200 3D, в зоне воздействия увеличивается содержание кислорода, с которым цирконий активно реагирует, образуя трудно растворимые окислы, последние выступают в роли центров кристаллизации, в сплаве на основе палладия значительных изменений концентрации составляющих не происходит.

а) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 б)

Рис. 1. Диаграммы P - h сплава на основе циркония: а) внутри зоны воздействия лазерного излучения, б) сплав в исходном состоянии 164

а) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 б)

Рис. 2. Диаграммы P - h сплавов на основе палладия: а) внутри зоны воздействия лазера, б) материал в исходном состоянии

Рост ГПУ кристаллов 7г идет преимущественно вдоль оси с, которая ориентирована параллельно плоскости наблюдения. В связи с этим деформация кристаллов осуществляется по плоскости базиса (0001) -плоскости легкого скольжения. Этим обусловлены низкие значения нанотвердости и модуля Юнга.

В сплаве на основе палладия незначительное изменение нанотвердости и модуля Юнга связано с процессами вторичного стеклования, идущими на поверхности, обусловленными большой вязкостью сплава и большим коэффициентом теплопроводности.

Таким образом, методом наноиндентирования показано, что в зоне воздействия лазерного излучения происходит изменение величин нанотвердости и модуля упругости объемных МС, обусловленное различием тепловых свойств исследуемых материалов.

ЛИТЕРАТУРА

Ковнеристый Ю.К Объемно-аморфизующиеся металлические сплавы. М.: Наука, 1999. 80 с.

2. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во

СибГИУ, 2006. 416 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов». Образцы МС предоставлены профессором В.А. Хоником.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант №09-01-97514 р_центр_а.

Поступила в редакцию 12 ноября 2010 г.

Yakovlev A.V., Fedorov V.A., Korenkov V.V., Konopki-na N.A. Influence of laser radiation on properties of volumetric amorphous metal alloys on the basis of zirconium and palladium

Laws of change properties of volume amorphous metal alloys on the basis of Pd and Zr in zones of influence laser radiation are investigated.

Key words: laser emission; glass formation; crystallization; metallic glass.