РФЭС исследование состава поверхностных слоев бинарных расплавов на основе никеля Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 54-143+543.621

РФЭС ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ БИНАРНЫХ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

ХОЛЗАКОВ А.В., ПОНОМАРЕВ А.Г., САПОЖНИКОВ Г.В., ШАБАНОВА И.Н. Физико-технический институт Уральского отделения РАН, 426000 г. Ижевск, Кирова, 132

АННОТАЦИЯ. Методом РФЭС проведено исследование состава поверхностных слоев сплавов №84Р16, №81Р19, №78Р22 и №82Б18 при изменении температуры и при изотермических выдержках в жидком состоянии. В расплаве, при изменении температуры, обнаружены скачкообразные изменения состава поверхностных слоев, которые трактуются как структурные превращения в рамках жидкого состояния. Обнаружено немонотонное поведение состава поверхностных слоев расплавов при изотермических выдержках. Наибольшая нестабильность расплава наблюдается в области структурного превращения. Переход в равновесное состояние наблюдался только для поверхностных слоев расплава №81Р19, что может быть обусловлено образованием прочных связей межу элементами сплава при формировании кластерной структуры расплава в отличие от сплавов №^6, №7^22 и №82Б18.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: металлические расплавы, кластеры, химическая связь, рентгеноэлектронная спектроскопия.

ВВЕДЕНИЕ

Бинарные сплавы являются наиболее простыми сплавами, за исключением «чистых» металлов, так что они могут рассматриваться как модельные сплавы. Изучение модельных сплавов может указать на общие закономерности формирования структуры более сложных (многокомпонентных) металлических расплавов.

При изучении металлических расплавов выделено три этапа [1]. На первом этапе было установлено, что многокомпонентный металлический расплав - это значительно более сложный объект, нежели идеальный раствор и близкие к нему расчетно-теоретические построения. На втором этапе исследований выяснилось, что политермы свойств некоторых чистых жидких металлов, а тем более сплавов, имеют перегибы, скачки и другие аномалии. Последние свидетельствуют о том, что наряду с плавными имеют место и скачкообразные структурные изменения, в чем-то аналогичные фазовым превращениям. К третьей серии экспериментальных работ с металлическими расплавами следует отнести изучение поведения их свойств в течение длительных изотермических выдержек. Полученные временные зависимости обнаружили много разных особенностей, до сих пор, к сожалению, не поддающихся систематизации и исчерпывающему однозначному объяснению.

Как правило, строение металлических расплавов рассматривается с точки зрения образования в расплавах различного рода образований: микрогруппировки, микронеоднородности, микрогетерогенные области, кластеры и т.п. [2 - 5]. В основном, используются методы, характеризующие объемные свойства. К таким методам относятся вязкость, дифрактометрия, различные виды термометрии. В значительно меньшей степени проводятся исследования поверхности металлических расплавов, что связано с ограниченным числом экспериментальных методик. В основном, это методики связанные с измерением поверхностного натяжения металлических расплавов. В настоящей работе исследования выполнены с использованием метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Метод РФЭС относится к методам исследования поверхности. Данный метод является неразрушающим методом исследования и позволяет исследовать химическое строение поверхностных слоев расплавов. Под химическим строением поверхностных слоев понимается состав анализируемого слоя (3 - 5 нм), химическая связь элементов сплава, а также электронная структура (энергетическое распределение валентных электронов элементов сплава, в настоящей работе не обсуждается, так как является отдельным объектом исследования).

В работах [1, 6] обнаружены изменения кинематической вязкости, носящие колебательный характер в процессе релаксации неравновесных металлических расплавов и предложены возможные варианты объяснения полученных результатов. Кроме того в работах [7 - 10] обнаружены структурные превращения и немонотонные изменения состава поверхностных слоев металлических расплавов.

В настоящей работе выполнены исследования строения поверхности бинарных металлических расплавов Ni84Pi6, Ni8iPi9, Ni78P22 и Ni82Bi8. Основной интерес представляет поведение поверхностных слоев расплавов при изотермических выдержках.

ЭКСПЕРИМЕНТ

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) [11] проведено исследование химического строения и ближнего окружения атомов в жидком состоянии бинарных сплавов Ni84P16, Ni81P19, Ni78P22 и Ni82B18 «in situ» в течение одного эксперимента. Исследования проводились при изменении температуры сплава (ступенчатый нагрев) и при изотермических выдержках.

Исследования выполнены на уникальном рентгеноэлектронном магнитном спектрометре для исследования, как твердых образцов, так и их расплавов в течение длительного времени с разной температурой перегрева расплава (до 1500 оС) [12]. Особенностью данного спектрометра является то, что исследовательская камера и энергоанализатор пространственно разделены. Такая конструкция прибора позволяет производить воздействия на образец, в частности нагрев образца, не нарушая фокусирующих свойств энергоанализатора.

Измерения проводились следующим образом. На первом этапе устанавливался необходимый нагрев образца. Далее проводились измерения при изотермической выдержке, поочередное сканирование спектров, в нашем случае, P2p3/2, Ni2p3/2 и B1s, Ni2p3/2, для соответствующих сплавов (время накопления сигнала 10 с в точке.). Затем проводилось сканирование указанных спектров за более длительное время (30 - 60 с в точке) для построения зависимости концентрации от температуры С(Т). В течение эксперимента анализировались спектры внутренних уровней всех элементов присутствующих в сплавах. При изотермических выдержках анализировалось отношение параметров (площадей, относительной интенсивности) наиболее интенсивных спектров.

Метод РФЭС позволяет непосредственно во время эксперимента контролировать состояние поверхности. Наличие загрязнений и процессы окисления поверхностных слоев контролировались непосредственно в ходе эксперимента по спектрам C1s, O1s.

Образцы в виде аморфной ленты помещались в камеру спектрометра, затем осуществлялся их нагрев. После чего методом РФЭС производились измерения в жидком состоянии в рамках одного эксперимента.

Переход из кристаллического в жидкое состояние контролировался по изменению содержания кислорода в поверхностных слоях сплава. В результате плавления содержание кислорода уменьшается практически до нуля [13, 14].

В течение всего эксперимента в камере спектрометра сохраняется вакуум 10 Па. Все измерения проводились без нарушения вакуума. Данный вакуум не относится к сверхвысокому вакууму, соответственно в такой остаточной газовой среде всегда присутствуют элементы, присутствующие в атмосфере, только в значительно меньшем количестве. Поскольку в кристаллическом состоянии преобладает металлический тип связи, то вполне естественно, что на поверхности протекают процессы окисления элементов. В результате плавления на поверхности ситуация существенно меняется. По нашим представлениям, формируется кластерная структура, причем отсутствие кислорода в поверхностных слоях указывает на то, что меняется тип связи. Если в кристаллическом состоянии металлический тип связи, то в расплаве на поверхности преобладают атомные группировки (кластеры) преимущественно с ковалентным типом связи.

Такой тип связи между элементами кластера является необходимым условием формирования кластеров, так как противном случае любые «открытые» связи будут использованы кислородом остаточной газовой среды для формирования оксидов в поверхностных слоях расплавов. Данная ситуация не наблюдается в исследованных сплавах.

£ О

£ о

0.3 0.2 0.1 0.0

Т пл

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рассмотрим изменения состава поверхностных слоев сплавов при изменении температуры и при изотермических выдержках. Прежде чем обсуждать изменения состава поверхностных слоев расплава при изотермических выдержках, рассмотрим изменения при нагреве. Наибольший интерес в настоящей работе представляют переход сплава в жидкое состояние и изменения состава поверхностных слоев в рамках жидкого состояния.

На первом этапе рассмотрим изменение состава поверхностных слоев бинарных эвтектических расплавов №81Р19 , №82Б18 и неэвтектических сплавов №84Р16, №78Р22 при увеличении температуры.

^лав

В кристаллическом состоянии сплава Ni81P19 отношение концентраций С(Р)/С(№) составляет 0,2. Никель находится в окисленном состоянии. Процесс плавления сплава определяли по содержанию кислорода в поверхностных слоях. Резкое уменьшение содержания кислорода в поверхностных слоях сплава соответствует плавлению образца [13, 14]. В результате плавления в поверхностных слоях формируется кластерная структура расплава, причем происходит изменение типа химической связи. Если в кристаллическом состоянии преобладает металлический тип связи, то в расплаве связи между элементами в кластерах носят ковалентный тип связи.

На рис. 1 представлено изменение состава поверхностных слоев сплава №81Р19 при увеличении температуры от Т пл. до 1100 оС. В качестве критерия выбрали отношение концентрации С(Р)/С(№), так как других элементов в сплаве нет.

В расплаве можно выделить две характерные температуры, при которых происходит скачкообразное изменение состава поверхностных слоев 920 и 1000 оС. Используя представление о кластерном строении металлических расплавов, можно утверждать, что при указанных температурах изменение состава поверхностных слоев связано с изменением типа кластеров. Иными словами изменяется ближнее окружение атомов в кластерах. При каждом из указанных изменений увеличивается число атомов № в окружении атомов фосфора. Какой конкретно тип кластеров преимущественно находится на поверхности расплава при той или иной температуре, по данным РФЭС определить не представляется возможным, однако сам факт изменения типа кластеров представляется, несомненно, важным для понимания процессов формирования структуры поверхности металлических жидкостей. Таким образом, скачкообразные изменения состава поверхности расплава №81Р19 связаны с изменением кластерного состава, что может быть истолковано как структурные превращения в рамках жидкого состояния.

900

950 1000 1050 1100

Т,оС

Рис. 1. Изменение отношения концентрации С^/ССМ) в поверхностных слоях расплава при увеличении температуры

£

о

ё о

0.6

0.4

Т, пл.

1100

1300

1400

Сплав №82В18

В кристаллическом состоянии сплава №82В18 отношение концентраций С(В)/С(№) составляет 0,4. Никель находится в окисленном состоянии. Процесс плавления сплава, как и в случае сплава №81Р19, определяли по содержанию кислорода в поверхностных слоях. Уменьшение содержания кислорода практически до нуля в поверхностных слоях сплава соответствует плавлению образца.

На рис. 2 представлено 0.8 изменение состава поверхностных слоев сплава №82В18 при увеличении температуры от 1050 до 1400 оС. В качестве критерия выбрали отношение концентрации С(В)/С(№).

Характер поведения изменения отношения концентраций С(В)/С(№) отличается от изменения концентраций С(Р)/С(№) для сплава №81Р19. При увеличении температуры в поверхностных слоях наблюдается рост концентрации бора. При температуре 1270 оС наблюдается скачкообразное изменение состава поверхностных слоев расплава. Такое изменение, по нашему

мнению, связано с изменением ближнего окружения атомов в кластерах присутствующих на поверхности расплава. Можно выделить две температурные области от Т пл. до 1270 оС, вторая - от 1270 до 1400 оС. В первой области устойчивыми являются кластеры №-В с относительно небольшим содержанием бора, во второй кластеры №-В с повышенным содержанием бора. Изменение кластерного состава поверхностных слоев расплава №82В18 при температуре 1270 оС рассматривается как структурное превращение в рамках жидкого состояния.

Для интерпретации экспериментальных данных, полученных методом РФЭС, и количественного анализа структурных составляющих в объёме и на поверхности расплава проведено термодинамическое моделирование (ТМ) с применением модели идеальных растворов продуктов взаимодействия (ИРПВ), предположений об адсорбции и механизме образования поверхностного слоя. Для расплавов системы №-В показано, что объемное содержание структурных составляющих и термодинамические характеристики этих металлических растворов с сильным взаимодействием компонентов могут быть численно определены при использовании модели ИРПВ и ТМ [15]. Методика ТМ детально описана в работах [16 — 18]. В качестве расчетного инструмента при ТМ в работе использован программный комплекс АСТРА-4. В результате ТМ моделирования показано, что на поверхности расплава №82В18 возможно существование кластеров В-В, наряду с кластерами №-В. Следует отметить, что ТМ расчеты очень хорошо согласуются с экспериментальными результатами (см. рис. 2).

1200 т,ос

Рис. 2. Изменение отношения концентрации С(В)/С(№) в поверхностных слоях расплава М^В^ при увеличении температуры (о - эксперимент, х - термодинамическое моделирование)

Сплавы №84Р16 и №78Р22

На рис. 3 представлено изменение состава поверхностных слоев сплава №84Р16 при увеличении температуры от Т пл. до 1400 оС. В качестве критерия выбрали изменение отношение концентрации С(Р)/С(№).

g,

и p)

и

0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

Т пл.

800

1400

1000 1200 Т,0С

Рис. 3. Изменение отношения концентрации С(Р)/С(М) в поверхностных слоях расплава МвЛб при увеличении температуры

£

О р)

О

1.2-1 1.00.8 -0.6 0.40.20.0

Т пл.

700 800 900 1000 1100 1200

Т, 0 С

Рис. 4. Изменение отношения концентрации С(Р)/С(М) в поверхностных слоях расплава №78Р22 при увеличении температуры

При нагреве от 850 до 1200 °С относительный состав поверхностных слоев, изменяется незначительно, в пределах ошибки эксперимента, перестройка состава поверхности расплава происходит скачкообразно при температуре 1200 °С, но в отличие от системы Ni89P19, концентрация металлоида на поверхности возрастает, отношение концентраций фосфора к никелю возрастает от 0,3 до 0,8. В температурной области от 1200 °С на поверхность выходят кластеры Ni-P и P-P. О чем свидетельствует начало окисления и появление в спектрах Ni3p и P2p дополнительных максимумов на расстоянии 3 и 5 эВ от основного пика. При повышении температуры начинается испарение фосфора.

Температурное исследование расплава Ni78P22 выявило подобную зависимость изменения относительного химического состава поверхностных слоев при нагреве (рис. 4). Увеличение числа кластеров с повышенным содержанием фосфора на поверхности расплава наблюдается при температуре 1180 °С. При дальнейшем нагреве происходит селективное испарение

поверхность расплава становится нестабильной и фосфора.

Также была попытка провести исследования сплавов №85Р15 и №76Р24. Но при достижении температуры плавления с поверхности расплава №85Р15 сразу же началось испарение Р, а в расплаве №76Р24 испарение в вакуум началось после нагрева на 50 градусов выше температуры плавления. В таблице приведены значения температурного интервала устойчивого существования расплава, который определяется как разность температуры начала испарения и температуры плавления сплава.

Таблица

Температурный интервал устойчивого существования расплава

Образец Т Т ор Т исп - Т пл, С

NÍ85P15 0

NÍ84P16 400

NÍ81P19 >620

NÍ78P22 270

NÍ76P24 50

Таким образом, для образования прочных ковалентных связей в ближнем окружении атомов никеля на поверхности должно быть определенное число атомов фосфора. Это число определяется пространственным и энергетическим перекрытием волновых функций валентных электронов обоих компонентов сплава. Так в сплаве №-Р необходимое число

£

о

£ о

5.0 -

4.0 -

3.0 -

0 20

100 120

атомов Р в ближнем окружении атомов № должно быть более 2. Этот состав на поверхности жидкого состояния характерен только для эвтектического сплава №81Р19. При отклонении состава от эвтектического на поверхности расплава образуются менее прочные кластеры, и при нагреве происходит их разрушение.

Изменение состава сплавов при изотермических выдержках

Особый интерес представляют результаты изучения состава поверхностных слоев расплавов №84Р16, №81Р19, №78Р22 и №82В18 при изотермических выдержках. В качестве критерия выбрали отношения концентраций С(Р)/С(№) и С(В)/С(№) для соответствующих сплавов.

На рис. 5 представлено 6.0

изменение отношение концентраций С(Р)/С(№) с течением времени. Можно видеть, что с течением времени значение С(Р)/С(№) уменьшается от 5,5 до 3,5, при этом разброс точек относительно линии аппроксимации уменьшается и укладывается в ошибку эксперимента.

Такое поведение состава поверхностных слоев соответствует переходу в равновесное состояние. В данном случае под равновесным состоянием понимается отсутствие изменений состава поверхностных слоев расплава с течением времени. По нашим представлениям происходит процесс перераспределения кластеров, находящихся на поверхности и кластеров из приповерхностной области расплава, вызванный наличием градиента температуры в расплаве, а также необходимостью минимизировать поверхностную энергию расплава. В результате действия этих факторов и наблюдается немонотонное изменение состава поверхностных слоев.

В расплаве №82В18 (рис. 6) наблюдается иная картина изменения состава поверхностных слоев при изотермической выдержке.

Изменения состава поверхности (критерий С(В)/С(№)) носят немонотонный характер.

В течение 200 минут переход в равновесное состояние расплава не наблюдается, в отличие от случая №81Р19. Такое отличие в поведении поверхностных слоев расплава №82В18 от №81Р19 и может быть связано с тем, что кластеры №-В имеют менее прочные связи внутри кластера в отличие от кластеров №-Р.

Подобные измерения проведены для расплавов №84Р16 и №78Р22. В качестве примера на рис. 7 и 8 приведены изменения отношения концентрации С(Р)/С(№) в поверхностных слоях расплавов при изотермических выдержках расплавов №84Р16 и №78Р22. Во всех случаях с течением времени изменения носят немонотонный характер. Равновесное состояние не было достигнуто ни при одной из температур.

40 60 80 ^ мин.

Рис. 5. Изменение отношения концентраций С(Р)/С(№) в поверхностных слоях расплава №81Р19 при изотермической выдержке 980 оС

0.8 -

&

О

ё о

0.6 -

0.4

0.2

0

40

80 120 160 200 ^ мин.

Рис. 6. Изменение отношения концентраций С(В)/С(№) в поверхностных слоях расплава №82В18 при изотермической выдержке 1180 оС

£

о р)

о

0.6 п 0.5 -0.40.3 -0.20.1 -0.0-

8500С

2.4 -п г;) 2.0* 1.6-^ 1.2£ 0.8-и 0.40.0-

£

о £

о

0

0.6^ 0.5 -0.40.3 -0.20.1 -0.0-

1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 30 60 90 120 150 180 ^ мин.

9400С

1210 0С

I I | I I | I I | I I | I I | I I |

0 30 60 90 120150180 1, мин.

^ 1.2 Ч § 0.8 Ч

р^ о

I I I I I I I I I I I I I I I I I I

0 30 60 90 120 150 180 1, мин.

1120 0С

0.4 Ч 0.0

1300 0С

£

о

р) о

0.8 0.70.60.5 -0.40.3 -0.20.1 -

I I I I I I I I I I I I I I I I I I

0 30 60 90 120150180 1, мин.

^ 1.6-

Е 1.2-

^ 0.8-

Рч -

о 0.4-

п I | I I | I I | I I | I I |

0 30 60 90 120 150 1, мин.

0.0

13900С

г~1—|—I—I—|—I—I—|—г~1—|—I—г~|

0 30 60 90 120 150 1, мин.

Рис. 7. Изменение отношения концентрации С(Р)/С(М) в поверхностных слоях расплава №84Р16 при изотермических выдержках

Рассмотренные изменения состава поверхностных слоев указывают на сложный, динамический характер изменения поверхности исследованных расплавов, что позволяет утверждать, что поверхность расплавов не может быть отнесена к равновесным системам.

Чтобы количественно оценить нестабильность поверхностных слоев исследованных

* 1

расплавов, предложена величина д = —

а

X(а - а)2

где а - С(Р)/С(№) для расплавов

N (N -1)

№84Р16, №81Р19, №78Р22, а - С(Б)/С(№) для расплава №82Б18, N - число измерений при каждой температуре. На рис. 9 представлена нестабильность д поверхностных слоев металлических расплавов М84Р16, №8^19, М78Р22 и М82В18.

Из рисунка видно, что наименьшая нестабильность наблюдается для расплавов эвтектического состава. Для сплавов неэвтектического состава наблюдается повышение нестабильности состава поверхностных слоев расплавов №84Р16 и №78Р22.

Такое поведение поверхностных слоев расплавов может быть связано с процессами перемешивания кластеров, находящихся на поверхности с кластерами из приповерхностной области, а также с образованием более прочных связей в кластерах элементов эвтектического состава №81Р19 и №82В18 в отличие от сплавов неэвтектического состава №84Р16 и №78Р22.

£ о

Р?

О

1.2-1 0.80.4 0.0

890 oC

£ о

РТ

и

0

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

50 100 150 200 250 t, мин.

2.0 п ^ 1.6-§ 1.2-g) 0.8-и 0.40.0--

2.0 —| 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0

1070 oC

0

1220oC

I I I I | I I I I | I I I I

50 100 t, мин.

150

0

80

20 40 60 ^ мин.

Рис. 8. Изменение отношения концентрации С(Р)/С(№) в поверхностных слоях расплава №78Р22 при изотермических выдержках

0.2 —|

£ 0.1

0.0

Ni78P22

^i82B18

Ni81P19 ~1—I—Г

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 T, o C

Рис. 9. Нестабильность £ поверхностных слоев металлических расплавов Ni84Pl6, Ni8lPl9, Ni7sP22 и NisjBis

ВЫВОДЫ

При переходе в жидкое состояние в поверхностных слоях расплавов №81Р19, №82В18, Ni84P16 и №78Р22 формируются кластеры, определяющие состав поверхности расплава.

В расплавах №81Р19, №82В18, Ni84P16 и Ni78P22 обнаружены скачкообразные изменения состава поверхностных слоев, которые могут трактоваться как структурные превращения в рамках жидкого состояния.

При изотермических выдержках изменение состава поверхностных слоев носят немонотонный характер, что может быть связано с перераспределением кластерного состава поверхности и приповерхностных слоев расплава.

Показано, что наблюдается наименьшая нестабильность поверхностных слоев расплавов для эвтектических составов.

Работа выполнена при поддержке гранта 12-У-2-1001.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Замятин В.М., Баум Б.А., Мезенин А.А., Шмакова К.Ю. Временные зависимости свойств расплавов, их значение, особенности и варианты объяснений // Расплавы. 2010. № 5. С. 19-31.

2. Еланский Г.Н., Еланский Д.Г. Строение и свойства металлических расплавов. М. : МГВМИ, 2006. 228 с.

3. Ватолин Н.А., Пастухов Э.А., Керн Э.М. Влияние температуры на структуру расплавленных железа, никеля, палладия и кремния // Доклады Академии наук, 1974. Т. 217, № 1. С. 127-130.

4. Попель П.С. Метастабильная микрогетерогенность расплавов в системах с эвтектикой и монотектикой и ее влияние на структуру сплава после затвердевания // Расплавы. 2005. № 1. С. 22-48.

5. Регель А.Р., Глазов В.М. Физические свойства электронных расплавов. М. : Наука, 1980, 296 с.

6. Баум Б.А., Игошин И.Н., Шульгин Д.Б. О колебательном характере процесса релаксации неравновесных металлических расплавов // Расплавы. 1988. Т. 2, № 5. С. 102-105.

7. Kholzakov A.V., Shabanova I.N., Ponomarev A.G. XPS-studies of structural transformation and relaxation processes in transition metal melts // Vacuum. 1999. V. 53, № 1-2. P. 79-82.

8. Shabanova I.N., Kholzakov A.V., Ponomarev A.G. XPS-studies of structural transformation and relaxation processes in transition metal melts: Zr60Ti20Ni20, Ni72Mo14B14, Ni81P19 and Ni82B18 // J. Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 20011. V. 14-116. P. 603-608.

9. Сапожников Г.В., Холзаков А.В., Шабанова И.Н., Пономарев А.Г. Термоструктурные превращения и нестабильность расплавов на основе Ni по данным рентгеноэлектронной спектроскопии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. № 10. С. 63-66.

10. Холзаков А.В., Пономарев А.Г. Немонотонное изменение состава поверхностных слоев расплава Co57Ni10Fe5Si11B17 при изотермических выдержках // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 15, № 4. С. 622-626.

11. Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А., Нордберг Р., Хамрин К., Хедман Я. Электронная спектроскопия. М. : Мир, 1971. 493 с.

12. Трапезников В.А., Шабанова И.Н., Варганов Д.В. и др. Создание автоматизированного электронного магнитного спектрометра для исследования расплавов : отчет ВНТИЦентр, № 12880067297, 1989.

13. Холзаков А.В., Шабанова И.Н., Чеботников В.Н., Мухина Ю.Э. Кластерное строение поверхности в аморфном, квазикристаллическом и жидком состояниях сплава Zr60Ni20Ti20 // Металлы. 1998. № 5. С. 106-109.

14. Холзаков А.В., Исупов Н.Ю., Пономарев А.Г. Структурные превращения в аморфном и жидком состояниях систем на основе Fe и Co // Химическая физика и мезоскопия. 2011. Т. 13, № 4. С. 516-519.

15. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М. : Металлургия, 1994. 353 с.

16. Моисеев Г.К., Шабанова И.Н., Ильиных Н.И., Пономарёв А.Г. Расчёт объемного и поверхностного содержания структурных составляющих расплава никель-бор в зависимости от температуры // Расплавы. 2001. № 1. С. 30-46.

17. Il'inykh N.I., Moiseev G.K., Vatolin N.A. Thermodynamic modeling in the Si-C SI system // Weidianzixue yu jisuanji. 1998. V. 15, № 6. P. 29-32.

18. Il'inykh N.I., Moiseev G.K., Vatolin N.A. Thermodynamic modeling of composition and thermochemical properties of Fe-C melts // Стекло и керамика. 1998. № 9. С. 3-12.

XPS STUDY OF THE SURFACE LAYERS OF NI-BASED BINARY MELTS

Kholzakov A.V., Ponomarev A.G., Sapozhnikov G.V., Shabanova I.N.

Physical-Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Science, Izhevsk, Russia

SUMMARY. The compositions of the surface layers of alloys Ni84P16, Ni81P19, Ni78P22 and Ni82B18 are investigated by XPS method at temperature changes and isothermal holding in the liquid state. The jump-like changes of the surface layers composition are detected in the melt, during temperature change, which are treated as structural transformations within the liquid state. Non-monotonic behavior of the surface layers composition of the melts under isothermal exposures is found. Most melt instability observed in the region of the structural transformation. The transition to the equilibrium state was observed only for the surface of the melt layers Ni81P19, which may be due to the formation of strong chemical bond between the alloy elements in the clusters of structure in distinction to melt alloys Ni84P16, Ni78P22 and Ni82B18.

KEYWORDS: metallic melts, clusters, chemical bond, X-ray photoelectron spectroscopy.

Холзаков Александр Владимирович, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией рентгеноэлектронной спектроскопии ФТИ УрО РАН, тел. (3412)43-25-39, e-mail: avkhol@yandex.ru

Пономарев Александр Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории РЭС ФТИ УрО РАН, e-mail: xps@fti.udm.ru

Сапожников Геннадий Вячеславович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории РЭС ФТИ УрО РАН

Шабанова Ирина Николаевна, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории РЭС ФТИ УрО РАН