Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа
Исследована структура и свойства субмикро- и нанокристаллических материалов на основе железа, полученных методом PVD. Показано, что легирование железа вольфрамом (до 0,8 ат.%) приводит к существенному диспергированию зёренной структуры железной матрицы во всем интервале температур подложки Тп и повы...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73129 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа / А.Е. Бармин, А.И. Ильинский, А.И. Зубков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 547-551. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860269799104315392 |
|---|---|
| author | Бармин, А.Е. Ильинский, А.И. Зубков, А.И. |
| author_facet | Бармин, А.Е. Ильинский, А.И. Зубков, А.И. |
| citation_txt | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа / А.Е. Бармин, А.И. Ильинский, А.И. Зубков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 547-551. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Исследована структура и свойства субмикро- и нанокристаллических материалов на основе железа, полученных методом PVD. Показано, что легирование железа вольфрамом (до 0,8 ат.%) приводит к существенному диспергированию зёренной структуры железной матрицы во всем интервале температур подложки Тп и повышению прочностных свойств.
Досліджено структуру та властивості субмікро- та нанокристалічних матеріялів на основі заліза, одержаних методою PVD. Показано, що леґування заліза вольфрамом (до 0,8 ат.%) призводить до суттєвого дисперґування зеренної структури залізної матриці в усьому інтервалі температур підложжя Тп та підвищення міцнісних властивостей.
The structure and properties of submicro- and nanocrystalline materials based on iron obtained by the PVD method are investigated. The alloying of iron by tungsten (up to 0.8 at.%) leads to both the significant dispersion of the grain structure of iron matrix in the whole range of substrate temperature (Тs) and the increase of strength properties.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:05:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
547
PACS numbers: 61.46.Hk, 62.20.Qp,62.23.St,64.75.St,68.37.Lp,81.07.Bc, 81.15.Ef
Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты
(фольги) на основе железа
А. Е. Бармин, А. И. Ильинский, А. И. Зубков
Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»,
ул. Фрунзе, 21,
61002 Харьков, Украина
Исследована структура и свойства субмикро- и нанокристаллических ма-
териалов на основе железа, полученных методом PVD. Показано, что ле-
гирование железа вольфрамом (до 0,8 ат.%) приводит к существенному
диспергированию зёренной структуры железной матрицы во всем интер-
вале температур подложки Тп и повышению прочностных свойств.
Досліджено структуру та властивості субмікро- та нанокристалічних ма-
теріялів на основі заліза, одержаних методою PVD. Показано, що леґу-
вання заліза вольфрамом (до 0,8 ат.%) призводить до суттєвого дисперґу-
вання зеренної структури залізної матриці в усьому інтервалі температур
підложжя Тп та підвищення міцнісних властивостей.
The structure and properties of submicro- and nanocrystalline materials
based on iron obtained by the PVD method are investigated. The alloying of
iron by tungsten (up to 0.8 at.%) leads to both the significant dispersion of
the grain structure of iron matrix in the whole range of substrate tempera-
ture (Тs) and the increase of strength properties.
Ключевые слова: нанокристаллические материалы, вакуумные конден-
саты, легирование, сегрегация.
(Получено 24 сентября 2010 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Субмикро- и нанокристаллические металлы и сплавы являются
новым классом материалов со свойствами, значительно превосхо-
дящими свойства традиционных материалов. Одним из перспек-
тивных способов получения подобных объектов в виде фольг
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2010, т. 8, № 3, сс. 547—551
© 2010 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
548 А. Е. БАРМИН, А. И. ИЛЬИНСКИЙ, А. И. ЗУБКОВ
(пленок) и покрытий является кристаллизация из паровой фазы
в вакууме [1—3]. Однако весьма ограничена информация о важ-
нейшем конструкционном материале – железе, полученным
вышеуказанным методом.
Целью работы являлось изучение возможности диспергирова-
ния структуры фольг Fe путем легирования их вольфрамом.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Фольги толщиной 10—30 мкм получали электронно-лучевым испа-
рением в вакууме – 10
−5
мм. рт. ст. и осаждением на неориентиро-
ванные ситалловые подложки в интервале температур 100—650°С.
Количество легирующего элемента в конденсате изменялось от 0,15
до 0,8 ат.%, путем варьирования скорости осаждения компонентов.
Элементный состав фольг изучали методом рентгенофлюорес-
центного анализа. Структурные исследования проводили методом
просвечивающей электронной микроскопии на ПЭМ-100 и рентге-
новской дифрактометрии на ДРОН-3. Оценка механических
свойств производилась измерением микротвердости на приборе
ПМТ-3 и испытанием на активное растяжение на установке
TIRATEST-2300.
Структура фольг Fe и Fe—W (W – 0,8 ат.%) в исходном кон-
денсированном состоянии является однофазной (рис. 1), на ди-
фрактограммах и электронограммах выявляются лишь дифрак-
ционные линии ОЦК-Fe.
Известно, что эффективное влияние на структурное состояние и
свойства вакуумных конденсатов оказывают температура кристал-
лизации из паровой фазы (температура подложки – Тп) и легиро-
вание [3, 4]. Действительно, снижение величины Тп от 350°С до
100°С (рис. 2) позволило более чем на порядок уменьшить средний
а б
Рис. 1. Структура вакуумных конденсатов в исходном состоянии: а –
Fe (Тп 250°C); б – Fe—W (Тп 250°C, W ≅ 0,8 ат.%).
СУБМИКРО- И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВАКУУМНЫЕ КОНДЕНСАТЫ Fe 549
размер зерна в конденсатах Fe (до 0,2 мкм). При этом наблюдается
тенденция к замедлению диспергирования структуры при Тп ниже
– 300°С. Это свидетельствует о трудностях достижения нанометро-
вой размерности зеренной структуры в конденсатах чистых метал-
лов (при сохранении достаточной пластичности) путем изменения
одной лишь величины Тп. Для решения этой проблемы путем леги-
рования был использован тугоплавкий W.
Из полученных данных (рис. 1, 2) следует, что легирование
паровой фазы вольфрамом приводит к дальнейшему существен-
ному снижению размера зерна железной матрицы во всем интер-
вале Тп и позволяет снизить размер зерна вплоть до нанометро-
Рис. 2. Влияние температуры подложки на размер зерна вакуумных
конденсатов: 1 – Fe; 2 – Fe—W (W – 0,8 ат.%).
Рис. 3. Влияние зеренной структуры на предел прочности фольг Fe.
550 А. Е. БАРМИН, А. И. ИЛЬИНСКИЙ, А. И. ЗУБКОВ
вого масштаба (∼ 50 нм).
Наблюдаемое диспергирование зеренной структуры металличе-
ских конденсатов авторы работ [5, 6] объясняют образованием се-
грегаций легирующих элементов по границам зерен основного ме-
талла при конденсации их паровых смесей. Действительно, в кон-
денсатах Fe—W не обнаружено ни частиц второй фазы, ни раство-
римости W в ОЦК-решетке Fe. Так изменение периода кристалли-
ческой решетки железа при содержании W около 0,8 ат.% находит-
ся на уровне погрешности измерений (Δa = 0,0002 Å).
Такое структурное состояние обуславливает высокие прочност-
ные свойства объектов; так, твердость вакуумных конденсатов Fe –
в 1,5—2 раза выше уровня твердости отожженного массивного ме-
талла, а уровень твердости конденсатов Fe—W приближается к
твердости среднеуглеродистых сталей. Наличие сегрегаций леги-
рующих элементов по границам зерен не только повышает механи-
ческие свойства, но и способствует повышению термической ста-
бильности структуры и свойств субмикро- и наноматериалов [7].
На рисунках 3, 4 представлены зависимости Холла—Петча (Х—П)
для фольг Fe, Fe—W, из которых видно, что для конденсатов чистого
железа уравнение Х—П выполняется в изученном интервале вплоть
до размеров зерен 0,2 мкм. Это свидетельствует об одинаковом зерно-
граничном механизме упрочнения фольг и массивных материалов.
Легирование железа вольфрамом приводит к существенным изме-
нениям характера зависимости Х—П (рис. 4). Видно, что наклон
Рис. 4. Влияние зеренной структуры на твердость фольг: 1 – Fe; 2 –
Fe—W (W – 0,8 ат.%).
СУБМИКРО- И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВАКУУМНЫЕ КОНДЕНСАТЫ Fe 551
прямой и, следовательно, значение коэффициента k изменяется по
сравнению с чистым железом, что свидетельствует о росте влияния
межзеренных границ. При уменьшении размера зерна менее 0,2 мкм
появляется тенденция к изменению вида зависимости Х—П, что ха-
рактерно для наноструктурных материалов [2].
3. ВЫВОДЫ
При легировании Fe вольфрамом (менее 1 ат.%) путем совместного
осаждения и кристаллизации паров испаряемых металлов образует-
ся нанокристаллическая структура (размер зерна – 50 нм) с твердо-
стью 4,5 ГПа, близкой к твердости среднеуглеродистой стали.
Наблюдаемое диспергирование структуры связано с образова-
нием сегрегаций W по границам зерен основного металла.
Легирование фольг Fe вольфрамом приводит к изменению ха-
рактера зависимости Холла—Петча, наблюдаемому в нанокри-
сталлических материалах.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Н. И. Носкова, Р. Р. Мулюков, Субмикрокристаллические и нанокри-
сталлические металлы и сплавы (Екатеринбург: УрО РАН: 2003).
2. Р. А. Андриевский, Рос. хим. ж., XLVI, № 5: 50 (2002).
3. А. И. Ильинский, Структура и прочность слоистых и дисперсноупроч-
ненных пленок (Москва: Металлургия: 1986).
4. А. И. Зубков, А. И. Ильинский, Сплавы с эффектом памяти формы и
другие перспективные материалы (Санкт-Петербург: 2001).
5. А. Е. Бармин, А. И. Зубков, А. И. Ильинский Вестник Тамбовского уни-
верситета. Сер. Естественные и технические науки, 15, вып. 3: 803—
803 (2010).
6. А. И. Зубков, А. И. Ильинский, Э. В. Зозуля, А. Е. Бармин, Г. И. Зелен-
ская, Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и техни-
ческие науки, 15, вып. 3: 844 (2010).
7. С. А. Фирстов, Ю. Н. Подрезов, Н. И. Даниленко, Наносистеми, нано-
матеріали, нанотехнології, 3, № 2: 577 (2005).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73129 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:05:26Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бармин, А.Е. Ильинский, А.И. Зубков, А.И. 2015-01-05T14:18:02Z 2015-01-05T14:18:02Z 2010 Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа / А.Е. Бармин, А.И. Ильинский, А.И. Зубков // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 547-551. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.46.Hk, 62.20.Qp, 62.23.St, 64.75.St, 68.37.Lp, 81.07.Bc, 81.15.Ef https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73129 Исследована структура и свойства субмикро- и нанокристаллических материалов на основе железа, полученных методом PVD. Показано, что легирование железа вольфрамом (до 0,8 ат.%) приводит к существенному диспергированию зёренной структуры железной матрицы во всем интервале температур подложки Тп и повышению прочностных свойств. Досліджено структуру та властивості субмікро- та нанокристалічних матеріялів на основі заліза, одержаних методою PVD. Показано, що леґування заліза вольфрамом (до 0,8 ат.%) призводить до суттєвого дисперґування зеренної структури залізної матриці в усьому інтервалі температур підложжя Тп та підвищення міцнісних властивостей. The structure and properties of submicro- and nanocrystalline materials based on iron obtained by the PVD method are investigated. The alloying of iron by tungsten (up to 0.8 at.%) leads to both the significant dispersion of the grain structure of iron matrix in the whole range of substrate temperature (Тs) and the increase of strength properties. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа Article published earlier |
| spellingShingle | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа Бармин, А.Е. Ильинский, А.И. Зубков, А.И. |
| title | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| title_full | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| title_fullStr | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| title_full_unstemmed | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| title_short | Субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| title_sort | субмикро- и нанокристаллические вакуумные конденсаты (фольги) на основе железа |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73129 |
| work_keys_str_mv | AT barminae submikroinanokristalličeskievakuumnyekondensatyfolʹginaosnoveželeza AT ilʹinskiiai submikroinanokristalličeskievakuumnyekondensatyfolʹginaosnoveželeza AT zubkovai submikroinanokristalličeskievakuumnyekondensatyfolʹginaosnoveželeza |