Остапенко Роман Володимирович Відображення типу впорядкування на структурі та властивостях високоентропійних сплавів : Остапенко Роман Владимирович Отображение типа упорядочения на структуре и свойствах високоентропийних сплавов Ostapenko Roman Volodymyrovych Reflection of ordering type on the structure and properties of high-entropy alloys

Краткое описание

Остапенко Роман Володимирович, інженер 1-ої категорії навчальної лабораторії металофізики кафедри фізики металів, Київський національний університет імені Тараса Шевченка. Назва дисертації: «Відображення типу впорядкування на структурі та властивостях високоентропійних сплавів». Шифр та назва спеціальності 01.04.13 фізика металів. Спецрада Д26.001.23 Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ОСТАПЕНКО РОМАН ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК 537.621; 537.3; 539.21
ДИСЕРТАЦІЯ
ВІДОБРАЖЕННЯ ТИПУ ВПОРЯДКУВАННЯ НА СТРУКТУРІ ТА
ВЛАСТИВОСТЯХ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ СПЛАВІВ
01.04.013 – фізика металів
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних
наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
____________ Р.В. Остапенко
Науковий керівник Семенько Михайло Петрович,
доктор фізико-математичних наук, професор
Київ – 2021

ЗМІСТ
ВСТУП.............................................................................................................................. 12
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ................................................................................. 21
1.1 ВЕСи та їх особливості......................................................................................... 21
1.2 Критерії формування ВЕСів................................................................................. 25
1.3 Методи виготовлення ВЕСів............................................................................... 30
1.4. Особливості структури ВЕСів............................................................................... 32
1.5. Магнітні властивості .............................................................................................. 37
1.6. Електричні властивості.......................................................................................... 44
1.7 Висновки до розділу 1............................................................................................. 48
РОЗДІЛ 2 Методика експерименту ............................................................................... 50
2.1. Рентгенівські дифракційні дослідження та методи аналізу дифракційних
спектрів............................................................................................................................. 50
2.1.1. Одержання дифракційних спектрів. .................................................................... 50
2.1.2. Обробка дифракційних спектрів та визначення параметрів комірки. ............. 50
2.1.3. Визначення розміру кристалітів та мікронапружень методом апроксимації 52
2.1.4. Метод Фур‘є аналізу. ............................................................................................ 53
2.1.5. Визначення густини дефектів пакування............................................................ 55
2.1.6. Оцінка характеру текстури................................................................................... 56
2.2. Оптична мікроскопія................................................................................................ 57
2.3. Рентгенівське малокутове розсіювання ................................................................. 58
2.4. Чотирьохконтактний метод дослідження електроопору...................................... 58
2.5. Дослідження магнітних властивостей методом Фарадея..................................... 60
2.6. Скануюча електронна мікроскопія ........................................................................ 61
2.7. Метод енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії.................................... 62
10
2.8. Метод енергодисперсійного рентгенофлуорисцентного аналізу........................ 62
2.9. Отримання матеріалів методом механо-активованого синтезу........................... 63
2.10. Вимірювання мікротвердості ................................................................................ 64
2.11. Висновки до розділу 2............................................................................................ 64
РОЗДІЛ 3. Структура, електричні та магнітні властивості ВЕСів та роль
технологічних факторів у їх формуванні...................................................................... 66
3.1. Загальні закономірності структури ВЕСів............................................................. 66
3.2. Особливості неоднорідного характеру текстурованості ВЕСів .......................... 71
3.2.1. Результати дифракційних досліджень для пластини......................................... 71
3.2.2. Загальні текстурні особливості ВЕСу CrMnFeCoNi.......................................... 73
3.3. Структура та склад зразків ...................................................................................... 76
3.4. Структурні параметри.............................................................................................. 79
3.5. Мікротвердість та її зв‘язок зі структурними параметрами ................................ 84
3.6. Магнітні властивості сплаву CrMnFeCoNi та фактори, що їх визначають ........ 89
3.6.1. Загальні особливості магнітної структури ВЕСу CrMnFeCoNi ....................... 90
3.6.2. Особливості розподілу магнітних властивостей.............................................. 100
3.7. Особливості електротранспортних властивостей ВЕСів у вихідному стані.... 103
3.8. Структура сплаву CrFeCoNiMn за результатами малокутового розсіювання
рентгенівських променів............................................................................................... 115
3.9. Загальні зауваження щодо однорідності структури вихідних зразків.............. 117
3.10. Висновки до розділу 3.......................................................................................... 120
РОЗДІЛ 4. Вплив різних типів деформації на структуру та властивості ВЕСу
FeCrCoNiMn ................................................................................................................... 122
4.1. Результати експериментального дослідження впливу деформації вальцюванням
на властивості ВЕСу FeCrCoNiMn .............................................................................. 122
4.2. Формування дротів з ВЕСу FeCrCoNiMn волочінням та вплив деформації
обтиснення на електроопір........................................................................................... 129
11
4.3. К-стан у деформованих ВЕСах FeCrCoNiMn...................................................... 132
4.4. Вплив деформацій на магнітні властивості сплаву FeCrCoNiMn ..................... 138
4.5. Формування ВЕСів методом високо-енергетичного механічного сплавляння.142
4.5.1. Одержання сплаву CrFeNiCo методом механічного сплавляння................... 143
4.5.2. Синтез порошку FeCrMnCoNi методом МС..................................................... 148
4.5.3. Магнітні властивості порошків, одержаних методом МС.............................. 154
4.6. Висновки до розділу 4............................................................................................ 157
ВИСНОВКИ................................................................................................................... 159
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ..................................................................... 161

Список литературы

ВИСНОВКИ
 Встановлено, що зразки ВЕСів, вирізані із злитків, характеризуються
структурною неоднорідністю (мають різні локальні значення мікродеформацій,
дисперсності, текстурованості), хоча і мають склад близький до номінального. Така
структурна неоднорідність частково успадковується з вихідного стану, а при умові
зниження ентропійного внеску при низьких температурах диктується типом та дією
зовнішніх чинників та внутрішніми взаємодіями між атомами. Переважно вона
виникає внаслідок неоднорідного характеру дії зовнішніх чинників (тепловідвід,
неоднорідність деформації, локальні температурні впливи тощо). Вочевидь, такий
неоднорідний характер структури повністю або частково зникає при зростанні
ентропійного внеску в енергію системи при відпалах.
 Структурна неоднорідність відображається на неоднорідному
характеру розподілу магнітної сприйнятливості та мікротвердості по зразкам. Через
відсутність превалюючого впливу того чи іншого локального параметру структури,
можна стверджувати, що особливості структури мають комплексний вплив на
магнітну сприйнятливість та мікротвердість. Скоріш за все такий вплив буде
визначатися характером ближнього впорядкування, що утворюється під дією
неоднорідних зовнішніх чинників.
 На основі аналізу температурних залежностей магнітної
сприйнятливості показано, що великі локалізовані магнітні моменти можуть
розглядатися з точки зору формування суперпарамагнітних кластерів. Не стійкість
таких кластерів під дією зовнішніх чинників (деформація відпал), що знаходить
відображення на локалізованих магнітних моментах, в тому числі і не однорідний
розподіл магнітних властивостей по зразках, може бути наслідком близького
вмісту елементів до перколяційного порогу п‘ятикомпонентних ВЕСів з точки
зору поліхроматичної перколяції по положенням. Ця близькість до критичної точки
призводить до легкої зміни величини локалізованих магнітних моментів як
наслідок утворення та розпаду суперпарамагнітних кластерів внаслідок дії
зовнішніх чинників.
160
 Електроопір ВЕСів та його температурні залежності визначаються
композиційним безладом внаслідок багатокомпонентності. Проте, конкретні
особливості температурних залежностей слід розглядати з точки зору формування
кластерних утворень з певним типом ближнього порядку. Вперше показано, що в
деформованих ВЕСах FeCrMnCoNi спостерігається S-подібна аномалія на кривих
R(T) в околі температур біля 700К. Характер такої поведінки, разом з аномальною
поведінкою електроопору при деформації, дають підстави віднести її до К-стану,
що раніше спостерігався у звичайних сплавах на основі 3d-перехідних металів, і
тісно пов‘язаних з формуванням кластерних структур зі своїм ближнім
впорядкуванням. Дослідження кінетики поведінки аномалії, показали, що енергія
активації процесів розпаду таких кластерних структур досить добре узгоджується з
енергетичним та термодинамічними параметрами складових ВЕСу FeCrMnCoNi.
 Синтезовано сплави FeCrMnCoNi та FeCrCoNi методом
високоенергетичного механічного сплавляння. Встановлено, що практично
однофазна структура утворюється вже після 15-30 хв обробки, що значно менше
типових часів утворення однофазних структур подібними методами механічного
сплавляння (десятки годин). Зменшення часів синтезу цих, а в перспективі інших,
ВЕСів значно підвищує ефективність методу, що може розширити перспективи
практичного використання ВЕС.
 Методом волочіння одержано тонкі дроти із сплаву FeCrMnCoNi. Цей
метод, разом з методом вальцювання, значно може розширити практику
використання ВЕС для різних технологічних цілей цього та інших складів з
відносно високими пластичними параметрами..
 Показано, що відносна метастабільність ВЕСів при понижених
температурах внаслідок зниження ентропійного, стабілізуючого, фактору
призводить до утворення неоднорідностей різних масштабних рівнів (в тому числі
різний характер ближнього впорядкування) на різних етапах синтезу або обробки.
Такий фактор повинен враховуватися не тільки при синтезі, але й при виготовленні
та експлуатації виробів з ВЕС, особливо в неоднорідних, жорстких зовнішніх
умовах.