Восстановление релаксации электросопротивления состаренного металлического стекла Pd 40cu 30ni 10p 20 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 537.9

ВОССТАНОВЛЕНИЕ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ СОСТАРЕННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕКЛА Pd4oCu3oNi10P2o

© С.В. Хоник, А.С. Макаров, А.Н. Цыплаков, Р.А. Кончаков, В.А. Хоник

Ключевые слова: металлические стекла; структурная релаксация; электросопротивление.

Исследована структурная релаксация исходных и термически «состаренных) образцов ленточного металлического стекла Pd40Cu30Ni10P20 посредством измерения электрического сопротивления в процессе изотермического отжига. Показана возможность восстановления изотермической релаксации электросопротивления «состаренных) образцов путем их закалки из области переохлажденной жидкости.

Металлические стекла (МС) приготовляются путем сверхбыстрой закалки расплава и являются сильно неравновесными структурами. Вызванные этой нерав-новесностью атомные перестройки получили обобщенное название «структурная релаксация» (СР). СР является в основном необратимым явлением, масштабно меняющим все основные свойства МС, что в значительной степени ограничивает возможности прикладного использования этих материалов.

Однако в последнее время появились исследования [1-4], свидетельствующие о возможности частичного или даже полного восстановления ряда свойств (внутреннего трения, электрического сопротивления, модуля сдвига, способности к гомогенному течению и т. д.) «состаренных» ленточных и массивных МС посредством специальной термообработки. Так, например, в работе [1] исследовалась релаксация энтальпии с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и было показано, что явления, наблюдаемые при СР объемных металлических стекол, в основном обратимы. В настоящей работе представлены результаты экспериментов, свидетельствующих о восстановлении релаксации электросопротивления «состаренных» образцов путем их закалки из состояния переохлажденной жидкости (т. е. от температур выше температуры стеклования Tg).

Для исследований был выбран сплав Pd40Cu30Ni10P20 (ат. %), который является одним из лучших металлических стеклообразователей и поэтому часто применяется в качестве модельного материала. Исходный сплав приготовлялся прямым сплавлением компонентов (чистота не хуже 99,95 %) двухзонным методом в откачанной толстостенной кварцевой ампуле. Образцы МС Pd40Cu30Ni10P20 были получены в виде ленты толщиной 30-40 мкм стандартным методом одновалкового спиннингования со скоростью закалки ~106 К/с. Аморфность исходных и термообработанных образцов контролировалась с помощью рентгеновского дифрактометра THERMO ARL ‘XTRA с использованием Cu-Ka излучения. Температуры стеклования Tg и начала кристаллизации Тс определялись методом ДСК с помощью прибора Mettler Toledo Dsc1 при скорости нагрева 5 К/мин. Для исследуемого МС эти температуры составили 559 K и 628 К, соответственно. Измере-

ния проводились при температурах 389, 473, 543 и 565 К в вакууме с остаточным давлением 10-2 Па в течение 10000 с. Температурный разброс в ходе изотермического отжига не превышал 1 К. Измерения электросопротивления осуществлялись с помощью многоканального мультиметра КейЫеу Integra 2700 по четырехпроводной схеме на постоянном токе с относительной точностью =10-4 в режиме компенсации паразитных термоЭДС. Восстановление свойств термически «состаренных» образцов МС производилось путем их нагрева со скоростью 5 К/мин. в специальном контейнере до 608 К (что составляет 1,08 от температуры стеклования 7в) с последующей закалкой в воду. Скорость закалки измерялась путем высокоскоростной оцифровки сигнала термопары, помещенной в центр закалочного контейнера с образцом, и составляла 180 К/с.

Время, с

Рис. 1. Изменение нормированного электросопротивления в процессе изотермического отжига исходного ленточного МС

Pd4oCUзoNІloP 20

На рис. 1 представлены зависимости нормированного электросопротивления К/Ка (Я0 - значение электрического сопротивления, соответствующее началу изотермического испытания) свежезакаленных образ-

2040

цов ленточного МС Р^0Си30№10Р20 от времени. Видно, что изотермический отжиг при температурах 398, 473 и 543 К (что составляет 0,71; 0,85 и 0,97Тв, соответственно) приводит к росту электросопротивления, причем интенсивность релаксации электросопротивления возрастает с повышением температуры изотермического отжига. Термообработка при температуре 565 К (что составляет 1,017в) кардинально меняет характер зависимости Я/Я0 по сравнению с выдержками при температурах ниже Тв. первоначальный рост электросопротивления в течение 4000-6000 с затем сменяется его падением. Релаксация электросопротивления является необратимой в том смысле, что повторная изотермическая выдержка при температурах вплоть до максимальной температуры, достигнутой в процессе предшествующего нагрева, показывает отсутствие релаксации электросопротивления.

Время, с

Рис. 2. Изменение нормированного электросопротивления в процессе изотермического отжига ленточного МС РікСи30№10Р20 после нагрева до 608 К и последующей закалки со скоростью 180 К/с

На рис. 2 представлены зависимости нормированного электросопротивления К/К0 образцов ленточных МС Ріі40Си30№10Р20, предварительно нагретых до 608 К (т. е. подвергнутых «старению») и затем закаленных в воду. Видно, что во всех случаях закалка восстанавливает релаксацию электросопротивления, а интенсивность релаксации при температурах ниже температуры стеклования Т%, также как и в случае исходных образцов, возрастает с повышением температуры изотермического отжига. При температуре 398 К степень релаксации электросопротивления образца после закалки превышает таковую для исходного стекла на =70 %. При этом в случае изотерм при температурах 473 и

543 К степень релаксации электросопротивления закаленных стекол ниже (на =20 и =30 %, соответственно) в сравнении с исходными образцами. Испытание закаленного образца при температуре 565 К показало идентичное исходному состоянию поведение зависимости

R/R,.

Таким образом, закалка из области переохлажденной жидкости приводит к восстановлению релаксации электросопротивления в процессе изотермического отжига термически «состаренных» ленточных образцов МС Pd40Cu30Ni10P20. При этом степень изотермической релаксации электросопротивления «состаренных» образцов после закалки сопоставима с наблюдаемой релаксацией в исходном состоянии. Этот факт свидетельствует об обратимости релаксационных процессов, протекающих в ходе структурной релаксации МС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Qiao J.C., Pelletier J.M. Enthalpy relaxation in CuieZ^AlyYa and Zr55Cu30Ni5Al10 bulk metallic glasses by differential scanning calorimetry (DSC) // Intermetallics. 2011. V. 19. P. 9-18.

2. Khonik S.V., Sviridov V.V., Bobrov O.P., Yazvitsky M.Yu., Khonik V.A. Structural relaxation and recovery of bulk and ribbon glassy Pdi0Cu30Ni10P20 monitored by measurements of infralow-frequency internal friction // Journal of Physics: Condensed Matter. 2008. V. 20. P. 165-204.

3. Хоник С.В., Кобелев Н.П., Свиридов В.В., Хоник В.А. Восстановле-

ние релаксации электросопротивления и вязкоупругости термически состаренного массивного металлического стекла

Pd^Cu30Ni10P20 // ФТТ. 2008. Т. 50. В. 10. С. 1741-1747.

4. Bobrov O.P., Csach K., Khonik S. V., Kitagawa K., Lyakhov S.A., Yazvitsky M.Yu., Khonik V.A. The recovery of structural relaxation-induced viscoelastic creep strain in bulk and ribbon Pd40Cu30Ni10P20 glass // Scripta Materialia. 2007. V. 56. P. 29-32.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием (ЦКПНО) ВГУ.

2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-03-00945-a).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Khonik S.V., Makarov A.S., Tsyplakov A.N., Koncha-kov R.A., Khonik V.A. RECOVERY OF ELECTRICAL RESISTANCE RELAXATION OF THERMALLY AGED Pd4oCu3oNiioP2o METALLIC GLASS

Structural relaxation of initial and thermally “aged” samples of metallic glass Pd40Cu30Ni10P20 is studied by means of the measurements of the electrical resistance upon isothermal annealing. It is shown that fast quenching of “aged” samples from the supercooled liquid region recovers the relaxation of the electrical resistance.

Key words: metallic glass; structural relaxation; electrical resistance.

2041