Аморфные металлы (Перевод с японского)

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Судзуки К., Худзимори Х.
Металлургия, 1987 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

 В этом разделе с позиций практического использования описываются аморфные сплавы конкретного химического состава, режимы их термической обработки, уровень получаемых магнитных характеристик и т. д.  О магнитных свойствах аморфных сплавов на основе железа, . кобальта и никеля в настоящее время известно следующее:

1)    сплавы на основе железа имеют высокие значения остаточной индукции1 и низкие потери на перемагничивание;
2)    сплавы Fe— Со — Ni с большим содержанием железа характеризуются высокими значениями магнитострикции и магнитной проницаемости;          
3)    сплавы Fe— Со — Ni с большим содержанием кобальта имеют близкую к нулю магнитострикцию и очень высокую магнитную проницаемость;
4)    сплавы Fe—Go—Ni с большим содержанием никеля имеют низкую температуру Кюри и высокую магнитную проницаемость;
5)    сплавы на основе железа, содержащие хром и ванадий, имеют высокие значения остаточной индукции и высокую магнитную проницаемость.
Сказанное иллюстрируется рис. 5.42. Особенно перспективными являются сплавы, указанные в пп. 1 и 3, и сейчас все больше исследователей сосредоточивает на них свое внимание. сплавы п. I здесь в первую очередь важно не допустить стабилизации границ магнитных доменов (см. 5.5.4) и кристаллизации. Первоначально для этих целей предполагалось использовать отжиг и охлаждение в магнитном поле. При такой процедуре действительно удается избежать стабилизации доменов, при этом наводится значительная одноосная магнитная анизотропия и петля гистерезиса (В—Н) становится прямоугольной. Недостатком такой обработки является то, что при высокой максимальной проницаемости начальная проницаемость оказывается низкой1. Следовательно, необходимы такие режимы термической обработки, которые устраняли бы стабилизацию границ доменов и не приводили бы к появлению одноосной магнитной анизотропии. Один из способов такой термообработки, как было в свое время предложено, заключается в проведении отжига выше температуры Кюри с последующим быстрым охлаждением2 (например, закалкой в воду). Однако температура Кюри может лежать выше температуры кристаллизации данного сплава, поэтому во многих случаях такой отжиг становится невозможным. Поэтому необходимо подобрать такой состав сплава, чтобы выполнялось условие Тс <<Tх  (при этом, разумеется, состав сплава должен быть таким, чтобы магнитострикция равнялась нулю). Совместная реализация этих двух условий — довольно трудная задача и единственный пока возможный путь, приводящий, правда, к снижению наряду с Тс и намагниченности насыщения, состоит в увеличении концентрации металлоидов в сплаве.
В табл. 5.1 приведены характеристики аморфных сплавов на основе кобальта с нулевой магнитострикцией, для которых выполняются оба вышеуказанные условия. Для сравнения приведены характеристики сплавов в которых впервые среди аморфных металлов была обнаружена нулевая магнитострикция.
В других сплавах, кроме выполнения вышеуказанных условий, реализуется дополнительные способы улучшения свойств: регулируется количество кремния и бора; проводится легирование никелем, молибденом и ниобием; в ряде сплавов железо частично заменяется марганцем; вводятся аморфизирующие элементы типа циркония.
Ленты из этих аморфных сплавов имеют приемлемую намагниченность насыщения и высокую магнитную проницаемость и используются как материалы для высокочастотных устройств.
 

9.1.2. сплавы со сложными химическими составами Ограничиваясь только аморфными сплавами, получаемыми за­калкой из жидкого состояния, можно сказать, что их фазовый со­став никак не связан с диаграммой состояния. В отличие от кри­сталлических сплавов, в которых введение новых компонентов мо­жет сопровождаться значительными структурными изменениями, аморфные сплавы всегда представляют собой однофазный твердый раствор, что является их особым достоинством. Чистые аморфные металлы, в отличие от аморфных сплавов, содержащих большое число компонентов, при обычных температурах нестабильны, поэто­му в дальнейшем мы будем говорить главным образом об аморф­ных сплавах. Компоненты аморфного твердого раствора могут качественно по-разному влиять на химические свойства сплава в целом. В част­ности, весьма важным обстоятельством является наличие металло­идов, в больших количествах содержащихся во многих аморфных сплавах. Можно уверенно говорить о том, что химические свойства аморфных сплавов определяются в .первую очередь их химическим составом. 9.2. КОРРОЗИЯ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ 9.2.1. Аморфные сплавы на основе железа Скорость коррозии Аморфные сплавы железо — металлоид, получаемые сверхбыст­рым охлаждением и не содержащие других металлических элемен­тов, кроме железа, обычно характеризуются довольно высокой ско­ростью коррозии по сравнению с чистым кристаллическим железом или сталью, что вызвано химической неустойчивостью их аморфно­го состояния. Однако замена в таких сплавах некоторой части же­леза хромом приводит к тому, что их коррозионная стойкость стано­вится необычайно высокой, превышающей коррозионную стойкость нержавеющих сталей, высоконикелевых сплавов и других подоб­ных материалов. Классические поляризационные кривые приведены на рис. У.5. Сначала кислород из воздуха переходит в водный раствор, после чего потенциал металла повышается1 от потенциала катода (—) до потенциала анода ( + ). При этом течет «отрицательный» электри­ческий ток, складывающийся из малого тока восстановления ионов кислорода и большого тока восстановления ионов водорода. Этот суммарный ток всегда отрицательный. Его протекание повышает электрический потенциал. По абсолютной величине этот ток неве­лик. Анодный ток, соответствующий анодному растворению, по аб­солютной величине равен катодному току, а потенциал, отвечающий такому состоянию, является потенциалом коррозии. Так как во внешней цепи поддерживается равновесие, растворение металла начинается уже при электрическом потенциале, отвечающем точке2 3. Анодный электрический ток (ток коррозии) пропорционален ско­рости коррозионного растворения. Он «возрастает с увеличением по­тенциала. Диапазон потенциалов, соответствующий активному ра­створению металла, называется областью активного состояния. Когда окислительная сила раствора возрастает, окисленные ионы металла образуют оксиды, гидрооксиды и оксиды-гидроокси­ды, покрывающие тонким слоем поверхность металла. При этом Скорость коррозии может уменьшаться в несколько раз. Такое со­стояние металла называется пассивным состоянием, или пассива­цией. Так как пассивное состояние возникает при большей окисли­тельной силе, чем активное состояние, в пассивирующей пленке ионы металла обычно имеют большую степень окисленности, чем в активной области. Кроме того, если в растворе присутствуют, напри­мер, хлорид-ионы, разрушающие пассивирующую пленку, то в об­ласти потенциалов пассивации во многих металлах появляется опи­санная выше питтинговая КОРРОЗИЯ (выше потенциала, отвечающе­го точке 3). При значениях потенциала, превышающих потенциал в точке 4, вследствие сильного окисления ионы металла, формиру­ющие пассивирующую пленку, еще больше окисляются и, если хи­мические продукты такого окисления могут переходить в раствор, электрический ток растворения снова возрастает. Это состояние на­зывается перепассивацией. При еще более высоких потенциалах происходит электролиз воды и выделяется газообразный кислород. Как следует из рис. 9.5,6, если максимальный ток в активном состоянии ip меньше катодного тока ic при данном потенциале, то потенциал снижается и положительный и отрицательный токи урав­новешивают друг друга. В этом случае потенциал коррозии сущест­венно повышается, что соответствует пассивации металла или спла­ва. Таким образом, простым выдерживанием сплава в растворе можно перевести его в пассивное состояние. Этот процесс называют самопроизвольной пассивацией, или самопассивацией. Условия, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость данного металла, сводятся к следующим. Во-первых, потенциал коррозии, соответствующий началу активного растворения /, должен быть высоким (если потенциал коррозии высокий, то Скорость кор­розии низка; желательно, в частности, чтобы потенциал коррозии находился в области потенциалов пассивации, так как в этом слу­чае возможна самопассивация). Во-вторых, потенциал 2, отвечаю­щий образованию пассивирующей пленки, должен быть достаточно иизким (в этом случае пассивирующая пленка возникает при слабой окислительной способности раствора). В-третьих, необходим высокий потенциал начала питтинговой коррозии 3 и высокий по­тенциал перепассивации 4. Что касается электрического тока, то нужно, чтобы максимальный ток активного растворения а был мал (это отвечает малой скорости активного растворения, а это, в свою очередь, соответствует тому, что при увеличении окислительной способности раствора должна происходить самопассивация). Элек­трический ток пассивации также должен быть мал (это условие означает, что образующаяся пассивирующая пленка обладает хо­рошими защитными свойствами). Таким образом, кривые поляриза­ции содержат всю информацию, необходимую для оценки коррози­онной стойкости металлических материалов. Поляризационные кривые аморфных сплавов на основе железа На рис. 9.6 показан пример поляризационных кривых, получен­ных путем измерения электрического тока при различных потенциа­лах после выдержки аморфного сплава Fe — 10 Сг — 13 Р — 7 С в течение 1 ч в 1 н. водном растворе NaCl и в 2 н. водном растворе H2S04 [31. При отрицательных значениях потенциала фиксируется катодный ток, а при положительных — анодный.