CC BY
58
УДК 539.3
ОСОБЕННОСТИ НАНОКРИСТАЛЛИЗАЦИИ В СОДЕРЖАЩИХ ВОДОРОД АМОРФНЫХ СПЛАВАХ НА БАЗЕ СИСТЕМ Т1№СиШ
© Л.В. Спивак1*, А.В. Шеляков2)
:) Пермский государственный университет, г. Пермь, Россия 2) Московский инженерно-физический институт (Государственный университет), г. Москва, Россия
Ключевые слова: водород; кристаллизация; декомпозиция; гидриды.
Экспериментально изучено влияние водорода на процессы нанокристаллизации в содержащих гафний аморфных сплавах на основе квазибинарной системы ^№-^Од с эффектом памяти формы.
Насыщение водородом находящихся в аморфном состоянии быстрозакаленных сплавов на базе квазибинарной системы TiNi-TiCu сопровождается [1, 2] возникновением гидридной фазы, имеющей аморфную или нанокристаллическую структуру. В настоящей работе рассмотрено влияние еще одного сильного гидридообразующего элемента - гафния - на возможность возникновения гидридных фаз в процессе насыщения водородом аморфных композиций Ti-Ni-Cu-Hf и последующую их нанокристаллизацию.
Для исследования выбраны следующие находящиеся в рентгеноаморфном состоянии быстрозакаленные сплавы: Ti40.5Ni45Hf9.5Cu5, Ti40.7Ni41.8Hf9.5Cu8,
Ti40.7Ni34.8Hf9.5Cu155 Ti39.2Ni24.8Hf10Cu25.
Рентгеноструктурные исследования проведены на дифрактометре ДРОН-3. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) осуществлена на калориметре STA 449 «Jupiter». Водород в образцы вводили с помощью термостатируемой электролитической ячейки с использованием электролита на основе 1N H2SO4.
Показано, что с ростом содержания меди и соответственным уменьшением содержания никеля изменяется в сплавах характер DSC сигнала в районе температур расстеклования. Помимо основного экзотермического пика при 486 °С появляется дополнительный пик при 494 °С. При нагреве выше ~520 °С формируется эндотермический пик, возникновение которого связано с декомпозицией гидридных фаз.
В сплаве с 10 ат.% гафния (Ti39.2Ni248Hf10Cu25) наблюдается мультиплетный характер перехода из аморфного состояния в кристаллическое. Введение водорода в сплав данного состава изменяет спектр сигнала DSC, хотя начало кристаллизации наблюдается при той же температуре. Максимум, отвечающий наложению двух низкотемпературных подпиков, смещается в область более высоких температур, с 475 к 482 °С. Третий и четвертый экзотермические пики вырождаются, и появляются новые максимумы при 520 и 554 °С.
Эндотермическая область на кривой DSC, обуслов-
ленная декомпозицией возникших ранее гидридных фаз, захватывает значительный интервал температур и характеризуется наличием не менее двух максимумов на второй производной DSC сигнала. Данное обстоятельство указывает на то, что процесс декомпозиции или происходит в несколько стадий для гидрида определенного состава, или является наложением близких по температурам реализации процессов разложения отличных друг от друга гидридных фаз.
Второй максимум можно предположительно связать с процессами декомпозиции гидридов гафния.
Сравнивая поведение при насыщении водородом и последующем нагреве аморфных композиций, содержащих только титан и содержащих совместно титан и гафний, следует отметить, что в последнем случае наблюдается существенное расширение температурного интервала декомпозиции гидридных фаз. Появление на DSC кривых при нагреве насыщенного водородом сплава с 25 ат.% меди новых экзотермических пиков может свидетельствовать в пользу сделанного предположения.
Таким образом, в содержащих водород аморфных сплавах системы TiNiCuHf наблюдается замена одностадийного или двухстадийного механизма перехода от аморфного состояния к кристаллическому многостадийным. Регистрируется существование эндотермических процессов, связанных с декомпозицией возникающих при насыщении данных сплавов водородом гидридных или гидридоподобных фаз. Наличие в исходных композициях слабого геттера водорода - меди -играет роль катализатора процессов гидридообразова-ния.
Следовательно, при формировании наноструктурного состояния при кристаллизации быстрозакаленных сплавов системы TiNiCuHf необходимо учитывать специфику влияния водорода на эти процессы. Особенности такого инициируемого введением водорода наноструктурного состояния определяют температурный интервал мартенситных превращений и термомеханические характеристики проявления эффекта памяти формы.
ЛИТЕРАТУРА
Спивак Л.В., Шеляков А.В. Аномальные тепловые эффекты при кристаллизации аморфных сплавов системы TiNi-TiCu с водородом // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 24. С. 28-34.
Спивак Л.В., Шеляков А.И. Тепловые эффекты при кристаллизации аморфных сплавов системы TiNi-TiCu с водородом // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 7. С. 8-12.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Spivak L.V., Shelyakov A.V. Peculiarities of nanocrystallization in containing hydrogen amorphous alloys on the basis of systems TiNiCuHf.
The influence of hydrogen on processes nanocrystallization in containing hafnium amorphous alloys on a basis of quasi binary system TiNi-TiCu with effect of memory of the form is experimentally investigated.
Key words: hydrogen; crystallization; decomposition; hydrides.
