Способ получения аморфных металлических материалов

СО 03 СОВЕТСКИХОВИИЮмащаРЕСПУБЛИК 09 00,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ООСРПО ДУПЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики высоких давлений АН СССР(56) 1.допев Н. Зр 1 ас соо 1 дпк апйшегазсаЬ 1 е рЬавз.- Еероггв оп Рго 8-гевз хп РЬузсв, 1973, 36, 3311,р. 1425-1497.2. СЬеп Н.Б., Мь 11 ег С.Е, Сепйг 1 Еп 8 а 1 зрппдп 8 ой Иеса 1 Ис а 1 авзГд 1 ашеайв, - МаС,Вез.Ви 11., 1976, 11,У 1, р. 49-54,3. Авторское свидетельство СССРУ 768851, кл. С 22 Р 1/00, 1978.4. Борисов В.Т., Духин А.И; Изучение пересыщенных твердых растворови температурного режима при закал;ке жидкого состояния, В сб. Рост и,дефекты металлических кристаллов.Киев. "Цаукова думка"1972, с,408413.ф ЗЮ В 22 Г 1/00 С 2 С 22 С 1/02,(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЮРФНЫХМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев смеси порошков, исходныхкомпонентов до температуры плавления с последующим охлаждением, о т - .л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения процесса и расширения технологических воэможностейэа счет увеличения объема материала,нагрев смеси порошков и последующееохлаждение проводят под давлением2,5-8 ГПа, причем охлаждение до комнатной температуры проводят со скоро"стью (1,1-1,6) О град/с; послечего давление снижают до атмосферного. 3Изобретение относится к получениюаморфных материалов, которые могутприменяться в различных областях,а именно в силовых трансформаторах,при изготовлении магнитных головок 5для записи, в космической технике иядерном реакторостроении.Известен способ получения аморфных материалов закалкой из жидкогосостояния, который состоит в вы 10брасывании расплава на массивнуюхолодную металлическую подложку,неподвижную или вращающуюся, приэтом достигается большая скоростьохлаждения 105 - 10град/с 1 .Однако чистые элементы (железо,никель, хром, кремний) могут бытьполучены только в виде тонких плеонок л 100 А при осаждении на холод;20ную подложку,Известен способ получения аморфных материалов, включающий закалкурасплава на внешней желобообразнойповерхности вращающегося колеса, из=25готовленного из полированного меднобериллиевого сплава; центробежныесилы в этом способе обеспечиваютхороший тепловой контакт и большуюскорость охлаждения (10 град/с)121630Таким способом могут быть получены ленты из аморфного металлическогосплава составаР 6 0,4 Й 1 0,610,75Р 0,16 В 0,06 АЗ 0,3 длиной в несколько сот метров, шйриной 0,5 мм и толщиной 20 мк.Известен также способ получениястекловидного продукта из аморфныхматериалов, включающий расплавлениеисходного металла сплава, перегреврасплава и высокотемпературную закалку, согласно которому расплавперед перегреванием разделяют на число, равное числу структурных модификаций металла или сплава в расплавлен 5ном состоянии, Перегрев каждой порцииведут раздельно, в интервале температур существования соответствующей модификации, и перед закалкой его смешивают, а затем заливают в устройстводля высокоскоростного охлаждения1 скорость охлаждения 0,31410град/с),Таким способом может быть полученстекловидный продукт из висмута, алю. -миния, железа и сплавов на их основе. 55Длина чешуек стекловидного продукта60 мм, толщина -- 170 мк 13.Недостатком известных способовявляется невозможность получения объемных компактных аморфных материапов, так как необходимые скорости охлаждения могут быть достигнуты только в тонких десятки микрон) слоях материала, что ограничивает их технические возможности.Наиболее близким к предлагаемомуспо технической сущности и достигаемому результату является способ получения аморфных металлических материалов, включающий нагрев смеси порошков исходных компонентов до температуры плавления и охлаждение, путем расплющивания расплава между двумя охлаждаемыми стержнями. После созда.ъ ния вакуума в камере один из стержней ранее оттянутый и зафиксированный с помощью рычажного устройства, высвобождается и, ускоряясь под влиянием атмосферного давления, ударяет расплав, расплющивая его о полированную поверхность второго стержня. Таким способом могут быть получены аморфные сплавы при охлажде 7 нии расплава со скоростью О -10 град/с 4.Недостаток этого способа - сложность технологического процесса, небольшая толщина 130-50 мк) аморфного материала. Таким способом не могут быть получены объемные компактные слитки аморфных материалов, что ограничивает область их использования.Цель изобретения - упрощение процесса и расширение технологических возможностей за счет увеличения объема материала.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения аморф ных металлических материалов, включающему нагрев смеси порошков исходных компонентов до температуры плавления с последующим охлаждением, нагрев смеси порошков и последующее охлаждение проводят под давлением 2,5-8 ГПа, а охлаждение до комнатной температуры проводят со скоростью 1,1-1,6) 10 град/с,. после чего давление снижают до атмосферного.В качестве исходных материалов могут быть использованы порошки или сплавы, например железо, марганец, иттербий, никель, приготовленные в определенных соотношениях, которые помещают в камеру высокого давления, при комнатной температуре созда -01 4 3 10920 ют давление от 2,5 до 8 П 1 а, затем в течение 0,1-1 с нагревают до температуры плавления с последующим выключением нагрева и охлаждением со скоростью (1,1-1,6)ф О град/с, затем снижают давление до атмосфер,ного. Использование давлений ниже2,5 ГПа,не позволяет получить аморф Оные образцы, увеличение давленийвыше 7 ГПа требует использованияпри той же силе пресса камер с меньшим объемом, что приводит к уменьшению получаемых материалов. 15Выбранные пределы скоростей достаточны и необходимы для полученияметаллических сплавов в аморфномсостоянии,П р и м е р 1. Готовят навескуиз смеси порошков элементов марганцаи иттербия в отношении Ип:1 Ъ = 2:1,общим весом 400 мг. Смесь помещаютв контейнер камеры высокого давления, изготовленный из стали маркиХ 23 Ю 5 Т, который одновременно служити нагревателем. Поднимают давлениедо 8 ГПа производят быстрый нагревдо температуры расплавления смеси споследующим охлаждением со скоростью З 01,510 град/с. Затем снижают давление до атмосферного. Извлекают образец из камеры высокого давления.Центральная часть образца имеетформу шаровидного слитка диаметром5 мм. Рентгено-спектральный анализпоказывает, что образец имеет сплавгЕ 0,60 М и 0,38 1 Ъ 0,02. Изменениесостава сплава по сравнению с исход-,ным происходит из-за плавления нагревателя. Зависимость намагниченносТи от температуры свидетельствует, чтополученный аморфный материал при низких температурах ведет себя как ферромагнетиктемпература Кю ри 15 К) зависимость намагниченностиот поля показывает.отсугствие насыщения при 4,2 К вплоть до 9 кЭ. Микротвердость аморфного сплава равна120660 юг/ьач 2.П р и м е р 2, Готовят навескуиз смеси порошков железа и никеляв отношении Г 6: М 1 = 1 : 2, общимвесом л 150 мг. Смесь помещают вконтейнер камеры высокого давления,55изготовленный из нитрида бора. Повышают давление до 5 ГПа и производятбыстрый нагрев до температуры расплавления смеси с последующим охлаждением со скоростью 1,610 град/с.Нагрев осуществляется прямым пропусканием тока через реакционнуюсмесь. Затем снижают давление до атмосферного. Извлекают образец изкамеры высокого давления. Центральная часть образца имеет вид удлиненного слитка длиной .3 мм, ширинойМ 1,6 мм. Рентгеноспектральный анализ показывает, что материал имеет сос-, тав Ге 0,32 К 0,68. Микротвердость материала Н 1 = 844130 кг/мм (нагрузка 100 г), пикнометрическая плотность Э = 7,6 фО, г/см. Травление материала в 207.-ном растворе НС показывает, что полученный материал обладает коррозионной стойкостью в 300 раз большей, чем литые, сплавы такого состава. В результате травления из материала были выделены чешуйкообразные частицы размером от 0,2 до 0,5 мм, толщиной 0,1 мм.П р и м е р 3. Готовят навеску из смеси порошков железа и бора в отношении 1 с.:В= 3:1, общим весом гъ 150 мг. Смесь помещают в камеру высокого давления (нагреватель тот же, что в примере 1) .Повышают давление до 2,5 ГПа, производят быстрый нагрев до температуры плавления смеси с последуюим охлаждением со скоростью 1,1О град/с, Затем снижают давление до атмосферного. Извлекают образец из камеры высокого давления. Центральная часть образца имеет вид шаровидного слитка диаметром М 2,5 мм, Микротвердость полученного материала 998+35 кг/мм" при нагрузке 100 г, пикнометрическая плотность 7,ОЙО,2 г/см,Предлагаемый способ получения аморфных металлических материалов по сравнению с известным позволяет зна чительно упростить процесс, исключив использование сложного оборудо/вания система рычажных устройств,центрировка стержней и системы специального перемещения расплава), Кроме того, предлагаемый способ поз. - воляет значительно снизить скоростьохлаждения с Оград/с до ( 1,1- 1,6)е 10 град/с и расширить техноло 1- гические возможности за счет увеличения объема компактного материала.