Холявко Валерія Вікторівна. Формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію

Короткий опис

Холявко Валерія Вікторівна. Формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію : Дис... канд. техн. наук: 05.16.01 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін- т". — К., 2006. — 146арк. : рис., табл. — Бібліогр.: арк. 130-142.

Холявко В.В. Формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 металознавство та термічна обробка металів. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2006.
Дисертація присвячена встановленню закономірностей формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe в процесі реакційної дифузії галію при нормальних умовах, термобаричній та лазерній обробках.
Встановлено, що масоперенос Ga в квазікристалічних сплавах розвивається по типу реакційної дифузії та при нормальних умовах й при термобаричній обробці є багатостадійним процесом, що включає в себе: формування острівців кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga (х-фази) на поверхні розділу „сплав Ga” внаслідок перебудови квазікристалічної і-фази; латеральне зростання кристалічної х-фази; нормальне зростання шару кристалічної х-фази; відновлення вихідної квазікристалічної і-фази у приповерхневих шарах сплаву в процесі ізотермічної витримки з формуванням остаточної трьохшарової структури сплаву.
Показана принципова можливість керування структурою, фізико-механічними та електричними властивостями квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe шляхом цілеспрямованої зміни структурних співвідношень квазікристалічних та кристалічних фаз, як при виготовленні, так і при термобаричній; лазерній обробках в різних режимах; прогнозованого створення структурних складових, що містять галій.

У дисертації наведено узагальнення і нове вирішення науково-практичної задачі, що виявляється у визначенні закономірностей формування структури, фазового складу і властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію під дією зовнішніх факторів, що відкриває можливості прогнозувати та цілеспрямовано керувати характеристиками сплавів в потрібному напрямку. При цьому встановлені наступні основні наукові і практичні результати:

Показано, що крихкість та притаманна полікристалічним квазікристалам пористість, а також недостатня узагальненість та суперечливість відомостей щодо впливу легуючих елементів та зовнішніх факторів на структуру й властивості квазікристалічних матеріалів перешкоджають їх широкому застосовуванню, особливо як масивних об’єктів, не зважаючи на наявність комплексу унікальних властивостей, що підтвердило необхідність проведення досліджень на прикладі систем Al65Cu20Fe15-Ga та Al62Cu21Fe17-Ga.
Узагальнено процеси еволюції структури та фазового складу в системі Al65Cu20Fe15Ga, яка у вихідному стані складається з ікосаедричної квазікристалічної фази Al65Cu20Fe15(і-фази), та в системі Al62Cu21Fe17Ga, яка у вихідному стані містить квазікристалічну і-фазу та до 40 % кристалічних інтерметалідів.
Доведено, що дифузійний масоперенос галію в сплавах Al65Cu20Fe15та Al62Cu21Fe17розвивається по типу реакційної дифузії, що призводить до формування кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga та при нормальних умовах й при термобаричній обробці є багатостадійним процесом, що включає в себе:

формування острівців кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga (х-фази) на поверхні розділу „сплав Ga” внаслідок перебудови квазікристалічної і-фази;
латеральне зростання кристалічної х-фази;
нормальне зростання шару кристалічної х-фази;
відновлення вихідної квазікристалічної і-фази у приповерхневих шарах в процесі ізотермічної витримки з формуванням остаточної трьохшарової структури сплаву.

Експериментальні дані показали пороговий характер фазових змін при дифузії галію в умовах термомеханічної обробки та обробки тиском: критичними точками є тиск 1,0 ГПа при постійній температурі та температура 573 К при постійному тиску. Відновлена квазікристалічна ікосаедрична фаза складає приблизно третину від загальної кількості визначених фаз (від 20 30 % (тиск 1,0 1,5 ГПа) до 50 % (0,5 ГПа, 293 К та 723 К)). Зростання тиску сприяє поверненню складу сплаву Al62Cu21Fe17до стехіометричного Al65Cu20Fe15, відхилення від якого відбувається внаслідок дифузії Ga, що відкриває можливість збереження специфічних властивостей, притаманних квазікристалічним сплавам системи Al-Cu-Fe.
Вперше встановлено, що наявність в сплаві Al62Cu21Fe17+Ga кристалічних інтерметалідів спричинює 10-кратне збільшення концентрації галію в об’ємі зерна у порівнянні зі сплавом Al65Cu20Fe15+Ga, а обробка тиском, істотно зменшуючи кількість кристалічних фаз (в 1,8 рази), призводить до збільшення концентрації галію на границях зерен, відкриваючи можливість одержувати високоміцні сплави (Е= 166 ГПа) з підвищеним рівнем пластичності.
На прикладі сплавів Al65Cu20Fe15та Al62Cu21Fe17показана принципова можливість керування структурою, фізико-механічними та електричними властивостями квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe, насичених галієм, шляхом:

цілеспрямованої зміни структурних співвідношень квазікристалічних та кристалічних фаз, як при виготовленні, так і при термобаричній обробці (це дозволяє в 1,7 2,0 рази зменшити природну крихкість квазікристалів і в 25 разів - пористість);
лазерної обробки в режимах з різною потужністю (104Вт/см2й 106Вт/см2) та тривалістю випромінювання (1 мс й 50 нс), що забезпечує підвищення мікротвердості при поверхневих шарів матеріалу на 15 22 % при одночасному підвищенні рівня пластичності в 1,4 раза;
прогнозованого створення структурних складових, що містять галій, дозволяючих зменшувати питомий електричний опір в 1,7 2,0 рази та одержувати електричні властивості квазікристалічних сплавів, які притаманні провідниковим матеріалам.

Показано, що НТК ”Інститут монокристалів” Державного підприємства ”Науково-дослідний інститут мікроприладів” НАН України рекомендує для застосування досліджені в роботі квазікристалічні сплави систем Al65Cu20Fe15-Ga та Al62Cu21Fe17-Ga як електроконтактні матеріали в слабкострумових приладах та обладнанні при виробництві електронних та радіоелектронних приладів спеціального та загальнопромислового призначення.