Термодинамическое исследование взаимодействия компонентов расплавов аморфообразующих систем и развитие фундаментальных принципов создания аморфных сплавов
Номер госрегистрации 0112U001245
Руководитель д.х.н., проф. Турчанин М.А.
Ответственный исполнитель к.х.н., ст.преп. Агравал П.Г.
Исполнители к.х.н., асс. Древаль Л.А., м.н.с. Корсун В.А., лаб. Жижченко С.С., лаб. Солянова А.А.
РЕФЕРАТ
Отчет содержит 354 страницы, 209 ссылок, 161 рисунок и 46 таблиц
Целью настоящей работы является: экспериментальное исследование энтальпии смешения и моделирование температурно-концентрационной зависимости термодинамических функций смешения жидких сплавов аморфообразующих трехкомпонентных систем; определение характера взаимодействия компонентов таких расплавов, моделирование особенностей их структуры на атомарном уровне; определение фундаментальных факторов и эмпирических критериев, которые делают возможным получение быстрозакаленных и объемных аморфных сплавов, и позволяющих прогнозировать концентрационные области их получения.
Для достижения поставленной цели был решен ряд задач, основными из которых были: калориметрическое исследование и моделирование концентрационной зависимости энтальпии смешения расплавов Co–Ni–Zr, Co–Cu–Ti, Co–Cu–Zr, Ni–Ti–Zr, Cu–Ni–Hf, Cu–Fe–Zr, Cu–Fe–Hf; моделирование и анализ температурно-концентрационной зависимости термодинамических свойств расплавов этих систем в рамках модели ассоциированного раствора; анализ закономерностей взаимодействия компонентов расплавов многокомпонентных металлических систем Co–Cu–Ti, Co–Cu–Zr, Co–Ni–Zr, Cu–Fe–Ti, Cu–Fe–Zr, Cu–Fe–Hf, Cu–Ni–Ti, Cu–Ni–Zr, Cu–Ni–Hf, Cu–Ti–Zr, Ni–Ti–Zr; моделирование и анализ ближнего химического порядка в них и разработка методики прогнозирования концентрационных интервалов аморфизации; разработка базы данных для проведения расчетов в рамках модели ассоциированного раствора; расчет метастабильных превращений с участием переохлажденных расплавов систем Co–Cu–Zr, Cu–Ni–Ti, Cu–Ni–Hf, Cu–Ni–Zr, Cu–Ti–Zr и Ni–Ti–Zr; разработка методики прогнозирования концентрационных областей аморфизации на основе анализа фазовых диаграмм метастабильных превращений; разработка базы данных для проведения расчетов в рамках CALPHAD-метода; анализ фундаментальных принципов и эмпирических факторов, положенных в основу предложенных методик прогнозирования концентрационных областей аморфизации расплавов.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований, выполненные авторами настоящей работы показывают, что основным фундаментальным фактором, определяющим склонность расплавов исследованных систем к аморфизации закалкой из жидкости, является интенсивное взаимодействие IVB-металла с двухкомпонентным расплавом, приводящее к формированию в них ближнего химического порядка и высокой термодинамической стабильность жидких сплавов, которая увеличивается с понижением температуры вплоть до температурной области переохлаждения и температуры стеклования. Показано, что на значения и топологию термодинамических функций смешения расплавов тройных систем преобладающее воздействие оказывают двойные взаимодействия между компонентами. Тройной вклад в энтальпию смешения расплавов изученных систем имеет знакопеременный характер. Показано, что концентрационные области аморфизации могут быть корректно спрогнозированы на основании анализа ближнего химического порядка в расплавах, оцененного в рамках модели ассоциированного раствора и по относительному положению метастабильных ветвей ликвидуса граничных твердых растворов и переохлажденных расплавов. Предложенные критерии аморфизации и разработанные базы данных использованы для прогнозирования концентрационных областей получения быстрозакаленных и объемных аморфных сплавов систем Co–Cu–Zr, Cu–Ni–Ti, Cu–Ni–Hf, Cu–Ni–Zr, Cu–Ti–Zr и Ni–Ti–Zr.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАЗ, СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА, ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ, МЕДИ, ТИТАНА, ЦИРКОНИЯ И ГАФНИЯ, ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ, ЭНТАЛЬПИИ СМЕШЕНИЯ, МОДЕЛЬ АССОЦИИРОВАННОГО РАСТВОРА, ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РАСПЛАВЫ, КРИТЕРИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ОБЛАСТЕЙ АМОРФИЗАЦИИ, ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ, АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ, ОБЪЕМНЫЕ АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ
Содержание отчета