Рельеф, формируемый на поверхности объемных и ленточных металлических стекол при микроиндентировании Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.3

РЕЛЬЕФ, ФОРМИРУЕМЫЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕМНЫХ И ЛЕНТОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ

© В.А. Федоров, А.В. Яковлев, Т.Н. Плужникова, Ю.В. Черемисина, Д.А. Колесников1*,

И.Ю. Гончаров1*, О.Н. Марадудина1*

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: [email protected] Центр коллективного пользования научным оборудованием Белгородского государственного университета «Диагностика структуры и свойств наноматериалов», г. Белгород, Россия

Ключевые слова: металлическое стекло; чешуйчатый сдвиг; микроиндентирование; рельеф; ступень; морфологические особенности.

Исследованы морфологические особенности поверхности аморфных металлических сплавов, формируемые под действием микроиндентирования.

Аморфные сплавы обладают набором уникальных свойств, одним из таких свойств является способность к пластическому течению. Эта способность связана с коллективизированным металлическим характером межатомной связи, при которой легче идут процессы коллективных перемещений. Пластическая деформация в аморфных сплавах может протекать гомогенно или негомогенно. При гомогенной пластической деформации однородно нагруженный образец испытывает однородную деформацию. При негомогенной пластической деформации пластическое течение локализовано в тонких дискретных полосах сдвига, а остальной объем твердого тела остается недеформированным. Изучение смены механизмов течения представляет собой сложную экспериментальную задачу. Сведения об условиях изменения характера течения аморфных сплавов носят противоречивый характер. В случае негомогенной деформации на поверхности продеформированных растяжением, сжатием, изгибом или прокаткой образцов формируются ступеньки сдвига [1]. Эти ступеньки соответствуют выходу на поверхность полос сдвига. Они располагаются, как правило, под углом 45-55° к оси одноосного растяжения (или сжатия), под тем же углом к направлению прокатки, а также параллельно оси изгиба. Высота ступенек над поверхностью образцов достигает 0,1-0,2 мкм, а толщина отдельных полос сдвига не превышает 0,05 мкм. Таким образом, аморфные сплавы обладают огромной локальной пластичностью в области негомогенной деформации. В работе исследованы механические характеристики металлических стекол (МС) в зонах микроиндентирования.

Исследования проводили на ленточном МС на основе Со (Со-Ее-Мп-8ьВ-№, Со-80%), полученном методом спиннингования. Толщина лент 20 мкм. Объектами исследования служили образцы размером 3,5x90 мм. А также на объемных МС на основе циркония и палладия. Объектами исследования служили образцы размером 2x5x4 мм системы 7г-ТьСи-№-А1 (52,5% 7г) и системы Р(1-Си-№-Р (40% Рф соответст-

венно. Индексирование МС проводили на микротвердомере ПМТ-3. Исследования рельефа поверхности МС после указанных воздействий проводили на растровом электронном микроскопе Quanta 3D и на сканирующем зондо-вом микроскопе Ntegra Aura.

В результате воздействия механической нагрузки на поверхность ленточных МС образуются зоны деформирования. Причем деформация наблюдается не только в области воздействия индентора, но и на противоположной стороне поверхности образца. Изучение противоположной индентированию поверхности МС показало, что наблюдается ступенчатая деформационная структура. В центре области индентирования создается максимальное деформирование, связанное с гетерогенной деформацией, проявляющейся в виде полос сдвига, расходящихся от отпечатка. По мере приближения к центральной части отпечатка величина ступеней возрастает и может достигать 300-500 нм. В зоне отпечатка отмечается наибольшее деформирование и деформационные полосы расходятся радиально.

Установлено, что полосы сдвига, возникающие на поверхности МС при микроиндентировании, имеют свои характерные особенности, отличающие их от полос

Рис. 1. 3D изображение полос сдвига, формируемых при микроиндентировании

а)

б)

Рис. 2. Рельеф, образуемый на поверхности объемных МС от воздействия индентора, полученный на ПМТ-3М: а) МС на основе Zr, б) МС на основе Pd

сдвига, образующихся при сжатии, растяжении, разрушении и прокатке, характеристики которых описаны выше. Окончание нескольких полос приведено на рис. 1. При микроиндентировании не происходит изменений во всем материале, они локализованы вблизи воздействия.

Поверхности образцов объемных АМС на основе циркония и палладия также подвергали локальному воздействию пирамидой Виккерса на микротвердомере ПМТ-3 (нагрузка на индентор 50 г). В зонах деформирования показано образование деформационных навалов, структура которых неоднородна. Деформирование при равных нагрузках показало, что АМС на основе палладия более пластичны. Высота навалов на поверхности МС на основе циркония ~0,2 мкм, а на поверхности МС на основе палладия ~0,6 мкм. Механизм формирования пластических зон вокруг отпечатка одинаков - это образование «чешуйчатых сдвигов». При внедрении индентора тонкие поверхностные прослойки подвержены действию касательных напряжений от индентора и деформируются последовательным сдвигом по мере нарастания нагрузки (рис. 2).

Таким образом, видно, что рельеф поверхностей ленточных и объемных материалов, формируемый при микроиндентировании, имеет свои характерные отличительные черты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глезер А.М., Пермякова И..Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. 416 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: 1. Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».

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

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Fedorov V.A., Yakovlev A.V., Pluzhnikova T.N., Cheremisi-na Yu.V., Kolesnikov D.A., Goncharov I.Yu., Maradudina O.N. The relief formed on a surface of volume and tape metallic glasses at microindentation.

The morphological features of surface of the amorphous metallic alloys, formed under action microindentation are investigated.

Key words: metallic glass; scaly shift; microindentation; relief; step; morphological features.