Аморфизация из твердого состояния в тонкой поверхностной пленке Fe-Si-Mg-O, инициированная восстановлением элементов из оксидов в интервале температур α-γ-превращения

М.Л. Лобанов, А.С. Юровских, П.Л. Резник ORCID logo , Н.Н. Никульченков, Г.М. Русаков, А.А. Редикульцев показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 27 июня 2019; Исправлена: 13 декабря 2019; Принята: 16 декабря 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: М.Л. Лобанов, А.С. Юровских, П.Л. Резник, Н.Н. Никульченков, Г.М. Русаков, А.А. Редикульцев. Аморфизация из твердого состояния в тонкой поверхностной пленке Fe-Si-Mg-O, инициированная восстановлением элементов из оксидов в интервале температур α-γ-превращения. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.83-88
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-83-88

Аннотация

Solid solution «amorphisation» is observed at heating in the temperature range corresponding to α-γ transformation (920-960°C). Amorphous-like material state is retained both at subsequent heating (to 1060 °C) and cooling (to 20 °С), which is super-stable compared to the established metallic glasses.При изучении процессов, происходящих в приповерхностной области промышленного сплава Fe-3 %Si-0.5 %Cu (grain oriented electrical steel) с нанесенным термостойким покрытием MgO, при непрерывном отжиге в атмосфере 95 %N2 + 5 %H2 было замечено образование аморфной фазы в виде твердого раствора на основе железа. При проведении исследований применялись методы: терморентгеновского анализа в интервале температур 20 –1060°С со скоростью нагрева и охлаждения около 0.5° / с, послойный химический анализ с использованием анализатора тлеющего разряда, сканирующая электронная микроскопия с микрорентгеноспектральным анализом. Для оценки теоретически возможных фазовых равновесий при высоких температурах использовались расчеты в программном обеспечение ThermoCalc. Образование аморфной фазы наблюдалось в приповерхностном слое глубиной приблизительно 1 мкм, исходно состоящем из твердого раствора на основе α-Fe с ~1.5 мас.% Si и включениями оксидов (MgFe)2SiO4, (MgFe)O, SiO2, при нагревании в интервале температур, соответствующих превращению α → γ, то есть 920 – 960°C. Предположительно, часть оксидов (MgFe)2SiO4 восстанавливалась H2 до молекулярных комплексов Mg2Si, которые в температурном интервале метастабильности кристаллической решетки α-Fe переходили в твердый раствор с последующей его аморфизацией, как альтернативе α → γ-превращения. Полученное при 920 – 960°C аморфное состояние сохранялось как при дальнейшем нагреве до 1060°C, так и при последующем охлаждении до температуры 20°С, то есть являлось сверх термически стабильным по сравнению с известными металлическими стеклами. Состав аморфной фазы можно приблизительно описать формулой Fe89.5Si6Mg4Cu0.5.

Ссылки (26)

1. W. Klement, R. H. Willens, P. Duwez. Nat. 187, 869 (1960). Crossref
2. A. Inoue, A. Takeuchi. Acta Mater. 59, 2243 (2011). Crossref
3. K. Suzuki, H. Fujimori, K. Hashimoto. Materials Science of Amorphous Metals (ed. by T. Masumoto). Ohmsha, Tokyo (1982) 281 p.
4. E. V. Levchenko, A. V. Evteev, A. R. Yavari, D. V. Louzguine-Luzgin, I. V. Belova, G. E. Murch. Philos. Mag. Lett. 93, 50 (2013). Crossref
5. N. N. Nikul’chenkov, A. S. Yurovskikh, Y. N. Starodubtsev, M. L. Lobanov. Lett. Mater. 9, 64 (2019). (in Russian) [Н. Н. Никульченков, А. С. Юровских, Ю. Н. Стародубцев, М. Л. Лобанов. Письма о материалах. 9, 64 (2019).]. Crossref
6. V. Schnabel, M. Köhler, D. Music, J. Bednarcik, W. J. Clegg, D. Raabe, J. M. Schneider. J. Phys.: Condens. Matter. 29, 265502 (2017). Crossref
7. B. Zang, R. Parsons, K. Onoder, H. Kishimoto, A. Kato, A. C. Y. Liu, K. Suzuki. Scripta Mater. 132, 68 (2017). Crossref
8. K. Suzuki, R. Parsons, B. Zang, K. Onodera, H. Kishimoto, A. Kato. Appl. Phys. Lett. 110, 012407 (2017). Crossref
9. C. Suryanarayana, A. Inoue. Inter. Mater. Rev. 58 (3), 131 (2013). Crossref
10. R. B. Schwarz, W. L. Johnson. Phys. Rev. Lett. 51 (5), 415 (1983). Crossref
11. B. X. Liu, W. S. Lai, Z. J. Zhang. Adv. Phys. 50 (4), 367 (2001). Crossref
12. H. Gavrila, V. Ionita. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 4, 173 (2002).
13. Y. R. Zhang, R. V. Ramanujan. J. Mater. Sci. 41, 5292 (2006). Crossref
14. L. Morsdorf, K. G. Pradeep, G. Herzer, A. Kovács, R. E. Dunin-Borkowski, I. Povstugar, G. Konygin, P. Choi, D. Raabe. J. Appl. Phys. 119, 124903 (2016). Crossref
15. V. Schnabel, M. Kohler, S. Evertz, J. Gamcova, J. Bednarcik, D. Music, D. Raabe, J. M. Schneider. Acta Mater. 107, 213 (2016). Crossref
16. M. L. Lobanov, G. M. Rusakov, A. A. Redikul’tsev. Met. Sci. Heat Treat. 53, 326 (2011). Crossref
17. G. S. Korzunin, M. L. Lobanov, A. A. Redikultsev, L. V. Lobanova. Russ. J. Nondestr. Test. 50, 585 (2014). Crossref
18. M. L. Lobanov, A. S. Yurovskih. Met. Sci. Heat Treat. 58, 5667 (2017). Crossref
19. T. Takamiya, K. Hanazawa, T. Suzuki. JFE Technical Report. 21, 1 (2016).
20. S. Fortunati, G. C. Abbruzzese, S. Cicalè. New Frontiers for Grain Oriented Electrical Steels: Products and Technologies. 7th International Conference on Magnetism and Metallurgy (2016) Terni, Italy.
21. S. Jung, M. S. Kwon, S. B. Kim, K. S. Shin. Surface Interface Analysis. 45, 1119 (2013). Crossref
22. S. Jung, M. S. Kwon, J. Park, S. B. Kim, Y. Huh. ISIJ International. 51, 1163 (2011). Crossref
23. P. Rodriguez-Calvillo, E. Leunis, T. Van De Putte, S. Jacobs, O. Zacek, W. Saikaly. AIP Advances. 8, 047605 (2018). Crossref
24. H. Toda, K. Sato, M. Komatsubara. J. Mater. Eng. Perform. 6, 722 (1997). Crossref
25. M. L. Lobanov, A. I. Gomzikov, S. V. Akulov, A. I. Pyatygin. Met. Sci. Heat Treat. 47, 478 (2005). Crossref
26. T. Yi, S. Chen, S. Li, H. Yang, S. Bux, Z. Bian, N. A. Katcho, A. Shakouri, N. Mingo, J. Fleurial, N. D. Browning, S. M. Kauzlarich. J. Mater. Chem. 22, 24805 (2012). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Government of the Russian Federation - Contract No. 02.A03.21.0006
2. Ministry of Education and Science of the Russian Federation - No. 11.1465.2014/K
3. Российский фонд фундаментальных исследований - 20‑08‑00332