Научная статья на тему 'Термоиндуцированные структурно-фазовые превращения в нанокристаллическом пересыщенном твердом растворе a-Fe(Sn)'

Термоиндуцированные структурно-фазовые превращения в нанокристаллическом пересыщенном твердом растворе a-Fe(Sn) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
66
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ / ДИФРАКЦИЯ / МЁССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ / ТЕРМООБРАБОТКА / СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ / НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ РАСТВОР / РАВНОВЕСНЫЕ ФАЗЫ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Ульянов А. Л., Елсуков Е. П., Еремина М. А., Ладьянов В. И.

Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновской дифракции, мёссбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe и 119Sn и с использованием двух типов термообработки (нагрев под закалку, изохронный отжиг) установлены три стадии структурно-фазовых превращений нанокристаллического пересыщенного твердого раствора Fe 70Sn 30 по направлению к равновесию. Формирование равновесных фаз ОЦК Fe 98Sn 2 и интерметаллида FeSn при изохронных (1 ч) отжигах завершается при температуре 500°С.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Ульянов А. Л., Елсуков Е. П., Еремина М. А., Ладьянов В. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy at 57Fe and 119Sn nuclei, two types of thermal treatment (heating-up and isochronous annealing) were used to study the structure-phase transformations in the nanocrystalline supersaturated Fe 70Sn 30 solid solution toward equilibrium. Formation of the equilibrium BCC Fe 98Sn 32 and FeSn phases proceeds in three stages and finishes at 500°C.

Текст научной работы на тему «Термоиндуцированные структурно-фазовые превращения в нанокристаллическом пересыщенном твердом растворе a-Fe(Sn)»

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ

_ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ а^^)_

УДК 669.1782:539.89:536.424.1

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ

УЛЬЯНОВ А.Л., ЕЛСУКОВ Е.П., ЕРЕМИНА М.А., ЛАДЬЯНОВ В.И.

Физико-технический институт УрО РАН, Россия, Ижевск, ulyanov@fnm s.fti. udm. щ

АННОТАЦИЯ. Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновской дифракции, мёссбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe и 119Sn и с использованием двух типов термообработки (нагрев под закалку, изохронный отжиг) установлены три стадии структурно-фазовых превращений нанокристаллического пересыщенного твердого раствора Fe70Sn30 по направлению к равновесию. Формирование равновесных фаз ОЦК Fe98Sn2 и интерметаллида FeSn при изохронных (1 ч) отжигах завершается при температуре 500°С.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: сканирующая калориметрия, дифракция, мёссбауэровская спектроскопия, термообработка, структурно-фазовые превращения, нанокристаллический раствор, равновесные фазы.

ВВЕДЕНИЕ

Многочисленными исследованиями, выполненными в последние 25 лет, было показано, что механическая активация (сплавление и измельчение) в энергонапряженных измельчающих устройствах является способом получения неравновесных состояний в твердых телах, в том числе пересыщенных твердых растворов (ПТР) с высоким содержанием второго компонента в сплавах на основе Fe. Так, например, были получены ОЦК разупорядоченные ПТР Fe-Si [1-4], Fe-Sn [1, 3-5] с концентрацией Si(Sn) до 33 ат. %, Fe-Pb [6] с концентрацией Pb до 5 ат. %. Отличительной особенностью продуктов механоактивации, является их нанокристаллическое состояние с размером зерен <L><10 нм, большеугловыми границами и тройными стыками. C этой точки зрения интересно было бы исследовать влияние наноструктуры на механизмы и кинетику перехода к равновесию в условиях термообработки. Определенная попытка изучить эту проблему была предпринята нами в работе [7] на примере несмешиваемой в равновесии системы Fe-Pb. Анализ последовательности структурно-фазовых превращений с использованием изохронного отжига и нагрева под закалку позволил установить двухстадийность структурной эволюции в результате перехода от сильнонеравновесного состояния к равновесному. В настоящей работе в качестве объекта для исследования выбран ОЦК неупорядоченный пересыщенный нанокристаллический твердый раствор a-Fe(Sn) с концентрацией легирующего компонента 30 ат.%, полученный методом механического сплавления в шаровой планетарной мельнице. Выбор данного объекта обусловлен наличием мёссбауэровских изотопов Fe и Sn, что позволит изучить эволюцию локальной атомной структуры как со стороны окружения атома Fe, так и со стороны атома Sn, и тем самым даст возможность более детального исследования последовательности структурно-фазовых превращений в результате перехода к равновесию. Таким образом, целью настоящей работы является изучение процесса термоиндуцированного распада нанокристаллического ПТР a-Fe(Sn).

ЭКСПЕРИМЕНТ

Порошок нанокристаллического ПТР a-Fe(Sn) был получен методом механического сплавления элементарных чистых компонентов Fe и Sn в атомном соотношении 70:30 в шаровой планетарной мельнице Пульверизетте-7 в среде аргона. В качестве термообработок использовался непрерывный нагрев со скоростью 70°/мин до различных температур с последующей закалкой в воду и изохронный отжиг в течение 1 ч. ДСК измерения выполнены на приборе Diamond DSC фирмы PerkinElmer, откалиброванном по In и Zn, в

атмосфере проточного аргона с использованием корундовых тиглей. Измерения проводились в интервале температур от комнатной до 500°С при скоростях нагрева 10, 20, 30, 40, 50 и 70°/мин. Энергии активации (Еа, кДж/моль) определены методом Киссинджера [8] с использованием зависимости температуры начала процесса (Тр, К) от скорости нагрева (у, К/мин):

1п(Тр2 /у) = Ea/(RTP) + А,

где R - газовая постоянная ^=8,3143 кДж/(моль К)), А - предэкспоненциальный фактор (мин-1). Величина энергии активации определяется как тангенс угла наклона прямой зависимости 1п(Тр2 / у) от 1/Тр.

Рентгеновские дифрактограммы (РД) получены при комнатной температуре в монохроматизированном СиКа-излучении (монохроматор - графит). Мёссбауэровские исследования проводились на спектрометре ЯГРС-4М, работающем в режиме постоянных

57

ускорений с источником у-излучения Со в матрице хрома и на спектрометре SM 2201DR с источником 119^п в химической форме CaSnOз. Из РД были вычислены параметр решетки (а), размеры зерен (^>), уровень микроискажений (<ё2>1/2). Функции Р(Н) распределения СТМП находились с использованием обобщенного регулярного алгоритма решения обратных задач по методу Тихонова.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 представлены результаты калориметрических исследований. По виду температурных зависимостей мощности теплового потока можно сделать вывод о протекании трёх экзотермических процессов. Первые два процесса реализуются в широком интервале температур от 120 до 350°С, соответствующие им экзотермические пики имеют значительную ширину и перекрываются. Энергии активации обоих процессов соответственно составили ~ 110 и 130 кДж/моль. Энергия активации третьего процесса, протекающего в температурном диапазоне 350-440°С, приблизительно равна 220 кДж/моль. Таким образом, из общего вида кривых ДСК были выбраны следующие характерные

100 200 300 400 500

Т, 0С

Рис. 1. Кривые ДСК неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а-Fe(Sn) при различных скоростях нагрева: 1 - 10°/мин, 2 - 20°/мин, 3 - 30°/мин, 4 - 40°/мин, 5 - 50°/мин, 6 - 70°/мин

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ

_ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ а-РЕ(БК)_

На рис. 2 представлены рентгеновские дифрактограммы исходного нанокристалличес-кого пересыщенного твердого раствора а-Ре(Бп) и образцов, нагретых до различных температур с последующей закалкой в воду. В образце после механического сплавления обнаруживаются уширенные ОЦК рефлексы, положение которых соответствует параметру а=0,2998 нм. По известной зависимости а(с$п) [9] определена концентрация Бп 30 ат.%. Однако в интервале углов 29=25-35° обнаруживаются рефлексы, не связанные с ОЦК структурой. В работе [10] был сделан вывод, что полученный методом МС пересыщенный сильнодеформированный ОЦК твердый раствор имеет структурные мотивы искаженного гексагонального интерметаллида Бе58п3 нестехиометрического состава. В свою очередь, неискаженный гексагональный интерметаллид Бе58п3 стехиометрического состава кристаллографически может быть представлен в виде искаженной ОЦК структуры [11]. Родство искаженной разупорядоченной ОЦК структуры с большой концентрацией Бп с неискаженным интерметаллидом Бе58п3 приводит к тому, что в механически сплавленном образце могут реализовываться случайным образом две структуры, которые будут иметь одинаковую концентрацию Бп и одинаковые характеристики ближайшего атомного окружения. В этом смысле можно рассматривать всю систему в виде пересыщенного твердого раствора. В процессе нагрева под закалку вплоть до Тн=420°С происходит незначительное уменьшение ширины ОЦК рефлексов и их сдвиг в сторону больших углов 29 (рис. 2). При этом начиная с 390°С в дифрактограммах начинают проявляться линии интерметаллида БеБп, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры нагрева.

РеБп(В35)

Ре5Бп3(В8.2)

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 2©(СиКа), градусы

Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы механически сплавленного в течение 32 ч (1) и нагретого до различных температур с последующей закалкой в воду неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а^е^п): 2 - 280ОС; 3 - 390ОС; 4 - 420ОС; 5 - 550ОС

Дифрактограмма конечного состояния представляет собой набор узких рефлексов, которые следует приписать ОЦК фазе и интерметаллиду FeSn. В соответствии с данными рентгеновской дифракции концентрация Sn в ОЦК фазе при температуре нагрева Тн = 550° С составляет 2 ат.%. Следует отметить, что размер зерна в интервале температур Тн = 0 - 420°С практически не изменяется. Однако при этом уровень микроискажений и параметр решетки уменьшаются значительно (см. табл.). В таблице также приведены данные рентгенофазового анализа. В интервале температур 190-280°С заметных изменений не обнаруживается, фазовый состав остается постоянным. Тем не менее, из таблицы видно, что концентрация Sn в ОЦК фазе уменьшилась до 26 ат.%. Начиная с Тн=390°С наблюдается уменьшение количества твердого раствора и начинает формироваться интерметаллид FeSn, количество которого достигает 51 об.% при Тн=550°С, а содержание ОЦК фазы в смеси составляет 46 об.%. Необходимо отметить, что интенсивное формирование интерметаллида FeSn происходит в интервале температур Тн = 420-550°С, когда резко возрастает размер зерна и уменьшается параметр ОЦК фазы. Количество интерметаллида Fe5Snз в образце конечного состояния составляет 3 об.%.

Таблица

Фазовый состав (Р), размер зерна (^>), уровень микроискажений (<е2>1/2), параметр ОЦК решетки (а) и концентраций Sn в ОЦК фазе (с) в образцах после нагрева до заданной температуры Тн под закалку

Тн, °С исх 190 280 390 420 550

Ра^е^п), об.% 63 68 67 54 52 46

РР , , об.% 37 32 33 37 35 3

PFeSn, об.% 0 0 0 9 13 51

<^>а^е^п), нм 3,5 3,5 3,6 4,2 3,5 32

<ё2>1/2, % 0,59 0,52 0,47 0,29 0,16 0,06

аа^е(8п) , нм 0,29976 0,29914 0,29855 0,29735 0,29711 0,28841

(с5п, ат. %) (30) (28) (26) (20) (19) (2)

На рис. 3 и 4 приведены мёссбауэровские спектры на ядрах 57Fe и п^п, соответственно. Здесь же представлены функции распределения СТМП Р(Н). Мёссбауэровский спектр на ядрах 57Fe исходного образца является типичным для разупорядоченных нанокристаллических сплавов Fe-Sn. С увеличением температуры нагрева в функциях Р(Н) для спектров на ядрах 57Fe начинает выделяться компонента с Н = 170 кЭ, что может быть обусловлено формированием интерметаллида Fe5Sn3 стехиометрического состава за счет атомов Sn из ОЦК фазы.

Выше по данным рентгеновской дифракции обнаружено уменьшение концентрации Sn в ОЦК фазе при неизменном соотношении фаз для Тн=280°С. Начиная с Тн = 280°С, появляется составляющая с Н = 102 кЭ, которую следует приписать интерметаллиду FeSn [12], доля атомов железа в котором постепенно увеличивается и достигает 40 ат.% при Тн = 550°С. Функции Р(Н), соответствующие спектрам на ядрах Sn, в температурном интервале Тн = 0 - 420°С имеют одинаковый вид и среднее сверхтонкое магнитное поле Н = 40 - 42 кЭ, что свидетельствует о неизменности локального окружения со стороны атома Sn. Первые небольшие изменения наблюдаются при Тн = 420°С (рис. 4, кривая 4). И лишь в спектре конечного состояния обнаруживаются значительные изменения, связанные с процессом распада ПТР, о чем свидетельствует уменьшение среднего сверхтонкого магнитного поля до 24 кЭ. Вид мёссбауэровского спектра на ядрах (рис. 4, кривая 4) практически полностью соответствует известным спектрам для интерметаллида FeSn [13], что является неудивительным, так как в состоянии близком к равновесному при общей концентрации Sn в 30 ат.% почти 95% атомов Sn локализовано в этой фазе.

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ

ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ а-РЕ^)

К н о

51

рР

-8

400

-4 0 4 80 100 200 300 V, мм/с Н, кЭ

Рис. 3. Мёссбауэровские спектры на ядрах и соответствующие функции распределения СТМП Р(Н) механически сплавленного в течение 32 ч (1) и нагретого до различных температур с последующей закалкой в воду неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а^ефп): 2 - 280ОС; 3 - 390ОС; 4 - 420ОС; 5 - 550°С

-10 0 10 Скорость, мм/с

ч

<и «

н

о

£

20 40 60 80 100 Н, кЭ

Рис. 4. Мёссбауэровские спектры на ядрах и соответствующие функции распределения СТМП Р(Н) механически сплавленного в течение 32 ч (1) и нагретого до различных температур с последующей закалкой в воду неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а^ефп):

2 - 390ОС; 3 - 420ОС; 4 - 550°С

1

2

3

4

0

Таким образом, из совокупности полученных результатов можно сделать предварительный вывод, что процесс перехода к равновесию начинается со структурной релаксации, в течение которой наблюдается уменьшение параметра решетки и уровня микроискажений при постоянстве размера зерна. Можно предположить, что на данном этапе происходит перераспределение атомов Fe между ОЦК фазой и искаженным гексагональным интерметаллидом Fe5Sn3. В результате формируется интерметаллид Fe5Sn3 стехиометрического состава, а концентрация Sn в ОЦК фазе уменьшается. Процесс распада ПТР сопровождается интенсивным ростом зерен, дальнейшим падением уровня микроискажений и параметра ОЦК решетки. Конечное состояние представляет собой смесь твердого раствора а-Бе9^п2, интерметаллида FeSn и малого количества интерметаллида Fe5Sn3.

На рис. 5 представлены рентгеновские дифрактограммы исходного образца (кривая 1) и образцов после изохронного (1ч) отжига при различных температурах (кривые 2-6). С увеличением температуры отжига наблюдается уменьшение ширины ОЦК рефлексов и их сдвиг в сторону больших углов 29. При Тотж=300°С (рис. 5, кривая 3) начинается формирование рефлексов интерметаллида FeSn, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры отжига. Количество интерметаллида Fe5Sn3 начинает уменьшаться после отжига при Тотж=350°С (рис. 5, кривая 4) и становится пренебрежимо малым после отжига при Тотж=500°С (рис. 5, кривая 6).

а-Бе .]_,_

Бе58п3 (В8.2)

Бе8п (В20)

.........I.........I.........I.........I.........I.........I.........I.........I.........

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 2©(СиКа), градусы

Рис. 5. Рентгеновские дифрактограммы механически сплавленного в течение 32 ч (1) и отожженного при различных температурах неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а^ефп): 2 - 250ОС; 3 - 300ОС; 4 - 350ОС; 5 - 450ОС; 6 - 500ОС

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ

_ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ а-РЕ(БК)_

В последнем случае вид дифрактограммы полностью соответствует диаграмме состояний системы Бе-Бп [14] для 500°С и общей концентрации Бп 30 ат.%. Параметр решетки ОЦК Ре(Бп) фазы равен 0.2881, что соответствует, согласно [9], 2 ат.% Бп, соотношение количества фаз Ре8п/а-Ре(8п) близко к 1.5. Первые слабые изменения в мёссбауэровских спектрах и функциях Р(Н) обнаруживаются после отжига при Тотж=300°С. В функциях Р(Н) для ядер 57Бе (рис. 6, кривая 2) выделяются составляющие с Н=102 кЭ и 170 кЭ для интерметаллидов БеБп и Ре5Бпз, соответственно, в мёссбауэровском спектре на ядрах 119Бп появляются первые признаки от парамагнитного дублета, характерного для интерметаллида БеБп. Доля составляющей от БеБп увеличивается с ростом температуры отжига (рис. 6 и 7, кривые 3-6). Вклад от интерметаллида Ре5Бп3 уменьшается при Тотж>350°С (рис. 6, кривые 4-6). На конечной стадии распада при Тотж=500°С в мёссбауэровском спектре и функции Р(Н) для ядер 57Бе (рис. 6, кривая 6) обнаруживаются две составляющие от ОЦК равновесного твердого раствора а-Ре(Бп) и интерметаллида БеБп, а для ядер 119Бп (рис. 7, кривая 6) - одна составляющая от интерметаллида БеБп (95% всех атомов Бп локализовано в этой фазе).

-8 -4 0 4 8 100 200 300 400 V, мм/с Н, кЭ

Рис. 6. Мёссбауэровские спектры на ядрах и соответствующие функции распределения СТМП Р(Н) механически сплавленного в течение 32 ч (1) и отожженного при различных температурах неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а-Ре^п): 2 - 300ОС; 3 - 350ОС; 4 - 400ОС; 5 - 450°С; 6 - 500°С

-10 0 10 0 20 40 60 80 100 Скорость, мм/с Н, кЭ

Рис. 7. Мёссбауэровские спектры на ядрах и соответствующие функции распределения СТМП Р(Н) механически сплавленного в течение 32 ч (1) и отожженного при различных температурах неупорядоченного пересыщенного твердого раствора а^ефп): 2 - 300ОС; 3 - 350ОС; 4 - 400ОС; 5 - 450°С; 6 - 500°С

Таким образом, рентгеновские и мёссбауэровские данные показывают, в целом, одинаковую картину структурно-фазовых превращений. Тем не менее, в отличие от РД с помощью мёссбауэровской спектроскопии удалось зарегистрировать изменения в интерметаллиде Fe5Sn3 при низких температурах отжига.

На рис. 8 представлены полученные из РД данные по параметру ОЦК решетки и концентрации Sn в ОЦК фазе - (а), уровню микроискажений и размеру зерен в ОЦК фазе -(б) и фазовому составу - (с). Привлекая результаты, полученные с помощью мёссбауэровской спектроскопии, можно выделить несколько интервалов температур изохронного отжига с различным поведением при распаде ПТР:

1. Тотж<250°С. Уменьшаются микроискажения, параметр ОЦК решетки и, соответственно, концентрация Sn в ОЦК фазе. Фазовый состав и размер зерна остаются неизменными. Учитывая появление в функции Р(Н) для ядер 5^е особенности с Н=170 кЭ, характерной для интерметаллида Fe5Sn3 стехиометрического состава, можно сделать вывод о том, что наряду со структурной релаксацией, связанной с малыми перемещениями атомов и обеспечивающей уменьшение микроискажений, имеет место насыщение исходного искаженного интерметаллида Fe5Sn3 до стехиометрии атомами Sn из ОЦК фазы:

Fe5Snз(30 ат.%$п)+$п^ре5$пз(37.5 ат^п).

Можно предположить, что именно с этими двумя процессами связаны два широких пика на кривых ДСК в области температур 200 и 280°С при скорости нагрева 70°/мин;

ТЕРМОИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ

ПЕРЕСЫЩЕННОМ ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ а-РЕ(Б^)

2. 250<Тотж<400°С. Размер зерна, уровень микроискажений, количество интерметаллида Бе58п3 остаются практически неизменными, количество ОЦК фазы и концентрация Бп в нем уменьшаются. Необходимо отметить, что количество ОЦК фазы достигает равновесного значения, а концентрация Бп в ней еще далека от равновесной. Формируется интерметаллид БеБп, количество которого возрастает пропорционально уменьшению количества а-Ре(8п), то есть протекает реакция

а-Ре(8п)^Ре8п.

С этим процессом необходимо связать пик тепловыделения на ДСК кривых в области 400°С;

3. 400<Тотж <500°С. В этом интервале температур изохронного отжига происходит резкий рост зерна до 35 нм, значительно уменьшаются микроискажений до 0, 03%. Концентрация Бп в ОЦК фазе достигает равновесного значения 2 ат.%. Интерметаллид Ре5Бп3, как метастабильная фаза для этой области температур полностью исчезает. При этом завершается формирование интерметаллида БеБп. Реакция структурных превращений может быть записана в виде:

Ре58пз+8п^Бе8п.

Исх 200 300 400 500

Температура отжига, ОС

Рис. 8. Параметр решетки и концентрация 8п в ОЦК фазе (а), размер зерна и микроискажения ОЦК решетки (б), количество ОЦК фазы (в) при различных температурах отжига пересыщенного

твердого раствора а^е(8п)

ВЫВОДЫ

С использованием двух типов термообработки (нагрев под закалку и изохронный отжиг) установлены три стадии распада пересыщенного твердого раствора Fe70Sn30. Первая стадия связана со структурной релаксацией решетки и формированием интерметаллида Fe5Sn3 стехиометрического состава за счет уменьшения концентрации Sn в ОЦК фазе. На второй стадии главными процессами являются уменьшение количества ОЦК фазы до равновесного значения (~40%) и формирование интерметаллида FeSn при постоянном содержании фазы Fe5Sn3. Третья стадия характеризуется резким ростом зерна, уменьшением концентрации Sn в ОЦК фазе до равновесного значения (2 ат.%), увеличением количества интерметаллида FeSn до 60% за счет исчезновения интерметаллида Fe5Sn3. Таким образом, на третьей стадии происходит полный переход к равновесию (а-Fe98Sn2+FeSn).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ-Урал (проект 07-03-96011)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Bansal C. Gao Z.Q., Hong L.B. and Fultz B. Phases and phase stabilities of Fe3X alloys (X = Al, As, Ge, In, Se, Si, Sn, Zn) prepared by mechanical alloying // J.Appl.Phys. 1994.V.76. P.5961-5966.

2. Gaffet E. Malhouroux N., Abdellaoui M. Far from equilibrium phase transition induced by solid-state reaction in the Fe-Si system // J.Alloys.Comp. 1993. V.194. P.339-360.

3. Cabrera A.F. Sanchez F.H., Mendoza-Zelis L. Mechanical alloying of the FebxMx (M = Si, Ge, Sn). A comparative study // Mater.Sci.Forum. 1999. V. 312-314. P. 85-90.

4. Дорофеев Г.А. Ульянов А.Л., Елсуков Е.П., Коныгин Г.Н. Сравнительный анализ механизмов, термодинамики и кинетики механического сплавления в системах Fe(68)M(32); М = Si, Sn // ФММ. 2001. Т. 91, № 1.С. 47-55.

5. Yelsukov E.P. Dorofeev G.A., Barinov V.A., Grigor'eva T.F. and Boldyrev V.V. Solid state reactions in the Fe-Sn system under mechanical alloying and grinding // Mater.Sci.Forum. 1998.V. 269-272. Р. 151-156.

6. Nunes E. Extended solubility in non-equilibrium Pb/Fe system // Mater.Sci.Engin. 2005. A390.P. 13-18.

7. Ульянов А.Л., Еремина М.А., Елсуков Е.П., Ладьянов В.И. Распад нанокристаллического пересыщенного твердого раствора a-Fe(Pb) при термообработке // Труды 10-го Междун. междисциплинарного симп. "Упорядочение в минералах и сплавах 0МА-10", 19-24 сентября 2007 г, г. Ростов-на-Дону - пос. Лоо. Ч. 2. С. 184-187.

8. Kissinger H.E. Reaction kinetics in differential thermal analysis // Analytical chemistry. 1957. V. 29. P. 1702-1706.

9. Yelsukov E.P., Voronina E.V., Konygin G.N., Barinov V.A., Godovikov S.K., Dorofeev G.A., Zagainov A.V. Structure and magnetic properties of Fei00.XSnX (3.2<X<62) alloys obtained by mechanical milling // JMMM. 1997. V. 166.Р. 334-348.

10. Елсуков Е.П., Дорофеев Г.А., Коныгин Г.Н., Ульянов А.Л., Баринов В.А., Григорьева Т.Ф., Болдырев В.В. Формирование неравновесных структур в системе Fe-Sn при механическом сплавлении // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. Т. 6. С. 131-135.

11. Kudielka H. Die Kristallstruktur von Fe2Si, ihre Verwandtschaft zu den Ordnungsstrukturen des a-(Fe2Si) -Mischkristalls und zur Fe5Si3 - Struktur // Z. Kristallographie. 1977. Bd. 145. S. 177-189.

12. Yamamoto H. Mossbauer effect measurements of intermetallic compounds in iron-tin system // J. of the Physical Society of Japan. 1966. V. 21, № 6. P. 1058-1062.

13. Licenza C. A Mossbauer study of hyperfine parameters of 119Sn in antiferromagnetic and paramagnetic states of FeSn // Phys. Stat. sol. (b). 1972. V. 50. P. 379-384.

14. Кубашевски О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа // М.: Металлургия, 1985. 183 с.

SUMMARY. Differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, Mossbauer spectroscopy at 57Fe and 119Sn nuclei, two types of thermal treatment (heating-up and isochronous annealing) were used to study the structure-phase transformations in the nanocrystalline supersaturated Fe70Sn30 solid solution toward equilibrium. Formation of the equilibrium BCC Fe98Sn32 and FeSn phases proceeds in three stages and finishes at 500°C.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.