Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов
Для образцов Ti-Zr-Ni-системы: отливок, полученных равновесной кристаллизацией в изложнице, и лент толщиной от 20 до 100 мкм, полученных скоростной закалкой на одном диске, исследована зависимость фазового состава от состава шихты из сверхчистых компонентов и скорости вращения диска. Найдены техно-...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90720 |
| 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: | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов / В.М. Ажажа, С.В. Малыхин, Б.А. Мерисов, А.Т. Пугачёв, Г.Я. Хаджай // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 115-126. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859659780699717632 |
|---|---|
| author | Ажажа, В.М. Малыхин, С.В. Мерисов, Б.А. Пугачёв, А.Т. Хаджай, Г.Я. |
| author_facet | Ажажа, В.М. Малыхин, С.В. Мерисов, Б.А. Пугачёв, А.Т. Хаджай, Г.Я. |
| citation_txt | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов / В.М. Ажажа, С.В. Малыхин, Б.А. Мерисов, А.Т. Пугачёв, Г.Я. Хаджай // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 115-126. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Для образцов Ti-Zr-Ni-системы: отливок, полученных равновесной кристаллизацией в изложнице, и лент
толщиной от 20 до 100 мкм, полученных скоростной закалкой на одном диске, исследована зависимость фазового состава от состава шихты из сверхчистых компонентов и скорости вращения диска. Найдены техно-
логические параметры синтеза образцов однофазных или с преобладающей долей икосаэдрической квазикристаллической структуры. Исследованы особенности структуры, субструктуры и напряженного состояния
лент. Установлено, что в сечении лент имеется градиентное изменение фазового состава, размера зерна,
микро- и нанотвердости, модуля Юнга, а также параметров структуры, субструктуры и величины остаточных макронаряжений. Распределение зависит от скорости закалки. Изучен температурный характер изменения электрического сопротивления без поля и с наложением магнитного поля. Обнаружен переход в состояние сверхпроводимости. Исследованы свойство накопления водорода и параметры его диффузии, механические свойства и характер деформации, а также теплофизические свойства Ti-Zr-Ni-квазикристаллов. Изучена эволюция структурного и напряженного состояния квазикристаллов в результате теплового воздействия,
насыщения водородом и облучения.
Для зразків Ti-Zr-Ni-системи: масивних, отриманих рівноважною кристалізацією в виливниці, та стрічок
товщиною від 20 до 100 мкм, отриманих швидкісним загартуванням на одному диску, досліджена залежність фазового складу від складу шихти з надчистих компонентів і швидкості обертання диска. Знайдені технологічні параметри синтезу зразків однофазних або з переважаючою часткою ікосаедричної квазікристалічної структури. Досліджені особливості структури, субструктури і напруженого стану стрічок. Встановлено, що в перетині стрічок має місце градієнтна зміна фазового складу, розміру зерна, мікро- та нанотвердості, модуля Юнга, а також параметрів структури, субструктури і величини залишкових макронапружень. Розподіл залежить від швидкості загартування. Вивчений температурний характер зміни електричного опору
без поля і з накладенням магнітного поля. Знайдений перехід в стан надпровідності. Досліджені властивість
накопичення водню і параметри його дифузії, механічні властивості і характер деформації, а також теплофізичні властивості Ti-Zr-Ni-квазікристалів. Вивчена еволюція структурного і напруженого стану квазікристалів в результаті теплової дії, насичення воднем і опромінювання.
For Ti-Zr-Ni ingots prepared by equilibrium crystallization, and 20 to 100 μm ribbons obtained by rapid quenching
on the same disc, the dependence of phase composition on the super-pure components charge mixture composition
and on the disc velocity has been studied. The technology parameters for synthesis of QC single-phase structures
or ones with prevailing portion of icosahedral quasicrystalline structure were determined. The peculiarities of
structure,. substructure and stress state of the ribbons were studied. Through the ribbon section, the gradient variations
of phase composition, grain size, micro- and nano-hardness, Young modulus, structure and substructure parameters,
and residual stress level were established. The gradient distributions depend on the quenching speed. The
temperature behaviour of electrical resistivity without external magnetic field and under magnetic field was investigated.
The transition to superconductivity state was found. The properties of hydrogen accumulation and the parameters
of its diffusion, as well as mechanical properties and deformation features, and thermo-physical properties
of Ti-Zr-Ni quasicrystals were studied. The evolution of structure and stress state in quasicrystals as a result of
thermal influence, hydrogen saturation, and irradiation was analyzed.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:24:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 115-126. 115
Раздел третий
ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
УДК 669.17:539.9:539.25
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
Ti-Zr-Ni-КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
В.М. Ажажа, С.В. Малыхин*, Б.А. Мерисов**,
А.Т. Пугачёв*, Г.Я. Хаджай**
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина;
*Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина
E-mail: malykhin@kpi.kharkov.ua, тел. +38(057)707-68-31;
**Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина,
Харьков, Украина
E-mail: george.ya.khadjai@univer.kharkov ua,
тел. +38(057)707-51-52
Для образцов Ti-Zr-Ni-системы: отливок, полученных равновесной кристаллизацией в изложнице, и лент
толщиной от 20 до 100 мкм, полученных скоростной закалкой на одном диске, исследована зависимость фа-
зового состава от состава шихты из сверхчистых компонентов и скорости вращения диска. Найдены техно-
логические параметры синтеза образцов однофазных или с преобладающей долей икосаэдрической квазик-
ристаллической структуры. Исследованы особенности структуры, субструктуры и напряженного состояния
лент. Установлено, что в сечении лент имеется градиентное изменение фазового состава, размера зерна,
микро- и нанотвердости, модуля Юнга, а также параметров структуры, субструктуры и величины остаточ-
ных макронаряжений. Распределение зависит от скорости закалки. Изучен температурный характер измене-
ния электрического сопротивления без поля и с наложением магнитного поля. Обнаружен переход в состоя-
ние сверхпроводимости. Исследованы свойство накопления водорода и параметры его диффузии, механиче-
ские свойства и характер деформации, а также теплофизические свойства Ti-Zr-Ni-квазикристаллов. Изуче-
на эволюция структурного и напряженного состояния квазикристаллов в результате теплового воздействия,
насыщения водородом и облучения.
ВВЕДЕНИЕ
Обнаружение Д. Шехтманом квазипериодиче-
ских металлических фаз, дифракционные снимки
от которых выявляли запрещенную симметрию пя-
того порядка [1], явилось одним из важных откры-
тий в физике твердого тела, совершенных в конце
XX века. Квазикристаллы (QCs) являются физиче-
ским воплощением квазипериодических объектов,
новым классом вещества в твердом состоянии. По-
нятие квазипериодичности, квазипериодических
функций было введено К. Эскладоном и Х. Бором
задолго до открытия самих квазипериодических
фаз [2]. Авторы открытия QCs (термин введен Ч.
Киттелем) определяли их как металлические фазы
с дальним ориентационным порядком при отсутст-
вии трансляционной симметрии. Структура QCs
является хорошо упорядоченной на атомном уров-
не, но не периодичной. Формируются они в спла-
вах из двух-четырех металлов, атомные радиусы
которых соотносятся строго определенным обра-
зом и которые берутся в пропорции, обеспечиваю-
щей строго определенную электронную концен-
трацию на атом [3, 4].
Большой класс стабильных QC-фаз формирует-
ся при сплавлении алюминия с переходными ме-
таллами. Их атомная структура характеризуется
присутствием высокосимметричных кластеров
Маккея, включающих 44 атома. Такие квазикри-
сталлы имеют высокую твердость, износостой-
кость, низкий коэффициент трения, низкую исти-
раемость, свойства несмачиваемости и отличное
сопротивление окислению и коррозии. Им харак-
терны особые оптические свойства, высокое
удельное электросопротивление и неметаллическая
температурная зависимость его, низкий коэффици-
ент теплопроводности и др. Понятно, что основной
целью большинства исследований квазикристаллов
является определение свойств QСs и почему они
отличаются от свойств металлических кристаллов
[4].
Второй большой класс стабильных QCs, к кото-
рому относятся и Ti-Zr-Ni-квазикристаллы, строит-
ся на основе 55-атомного кластера Бергмана [5].
Такой кластер имеет большое количество тетраэд-
рически координированных атомов Zr и Ti, что по-
зволяет растворять водород в количестве до 2 Н/Ме
[6]. Этот факт делает эти квазикристаллы весьма
mailto:Malykhin@kpi.kharkov.ua
mailto:george.ya.khadjai@univer.kharkov%20ua
перспективными для практического использования
в водородной энергетике, а исследование их струк-
туры и свойств особо актуальными.
Ниже представлены результаты исследований
по синтезу квазикристаллов в Ti-Zr-Ni- и Ti-Hf-Ni-
системах и изучения особенностей их структурного
состояния и свойств. Излагаются особенности
структурного состояния, свойств электронного
транспорта, диффузии водорода, механических и
теплофизических свойств квазикристаллических
образцов, а также устойчивости структуры и
свойств при внешнем воздействии [7-25].
1. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Исходные слитки составов Ti53Zr27Ni20,
Ti45Zr38Ni17, Ti41,5Zr41,5Ni17 и Ti30Hf56Ni14,
Ti41,5Hf41,5Ni17 получали в дуговой печи с использо-
ванием нерасходуемого вольфрамового электрода в
атмосфере аргона под давлением 10-5 Па. В качестве
исходных компонентов использовали йодидные Ti,
Zr, Hf и электролитический Ni, которые подверга-
лись двукратному электронно-лучевому переплаву в
сверхвысоковакуумных условиях. Ленточные об-
разцы толщиной от 20 до 100 мкм получали из по-
вторно расплавленного слитка способом сверхбыст-
рой закалки на быстровращающемся медном диске,
охлаждаемом проточной водой. Подробное изложе-
ние методики приготовления образцов дано в [25].
Структурные исследования выполняли методами
дифракции рентгеновских лучей, электронографии,
просвечивающей электронной микроскопии и рас-
тровой электронной микроскопии. Квазикристалли-
ческую фазу идентифицировали в соответствии с
методикой, предложенной Д. Каном [26] и развитой
в [27]. Подробное изложение данной методики
можно найти также в [25].
2. ФОРМИРОВАНИЕ КВАЗИКРИСТАЛ-
ЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
Согласно данным рентгенофлюоресцентного
анализа химический состав Ti-Zr-Ni- и Ti-Hf-Ni-
слитков и лент отвечал номинальному составу ших-
ты с погрешностью не выше ± 0,5 об.%. Рентгенов-
ский анализ шлифов Ti-Zr-Ni-слитков (массивных
образцов) и образцов в виде лент показал, что они
являются поликристаллическими. Массивные об-
разцы содержат икосаэдрическую квазикристалли-
ческую фазу (і-фазу) с примитивной (Р) элементар-
ной ячейкой, а также фазу Лавеса (Ti,Zr)Ni, струк-
турный тип С14 (L) и твердый раствор α-Ti(Zr). В
тонких лентах отдельные зерна размером от ≤1 до
≈20 мкм имеют вид пятиугольников или треуголь-
ников, характерный для граней монозерен икосаэд-
рических квазикристаллов.
Установлено, что фазовый состав и совершенст-
во структуры образцов определяются такими пара-
метрами синтеза, как состав шихты, а также ско-
рость вращения закалочного диска V. Так ленты со-
става Ti53Zr27Ni20 при V= 20 м⋅с-1 содержат кристал-
лическую фазу (1/1-аппроксимант, W-фаза) и α-
Ti(Zr) твердый раствор. Для лент сплава Ti45Zr38Ni17
основными фазами являются і- и L-фаза. Отмечено,
что увеличение скорости вращения диска (скорости
закалки) при неизменности элементного состава
приводит к существенному повышению содержания
і-фазы. При составе Ti41,5Zr41,5Ni17 по данным ди-
фракции электронов и рентгенографическим в лен-
тах выявляются і- и W-фаза. Содержание W-фазы
снижается при увеличении скорости закалки прак-
тически до нуля (рис.1).
Для характеристики структуры икосаэдрической
фазы и степени её совершенства принято использо-
вать так называемый параметр квазикристаллично-
сти аq.
10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
35
с
од
ер
ж
ан
ие
W
-ф
аз
ы
, %
V , м /с
Рис. 1. Изменение содержания W-фазы кристалла-
аппроксиманта в зависимости от линейной
скорости поверхности закалочного барабана
Он рассчитывается из положения дифракциион-
ных максимумов ϑ согласно выражению:
2 24sin 1 2 1q
N M d N Ma λ τ τ
ϑ τ τ
+ +
= ⋅ = ⋅
+ +
,
где N, M – индексы отражений; d – межплоскостное
расстояние; τ=1,618034... - "золотое число".
Для характеристики совершенства структуры и
определения параметров субструктуры (размеров
областей когерентного рассеяния и величины мик-
родеформаций) нами впервые был внедрен способ
аппроксимации, а также применен впервые метод
рентгеновских многократных наклонных съемок
(метод рентгеновской тензометрии) для изучения
остаточных макронапряжений. Установлено, что как
и фазовый состав, так и напряженное состояние и
субструктура лент, параметр квазикристалличности
і-фазы и микротвердость Hμ зависят от скорости
закалки, определяемой V. Установлено, что чем
меньше содержание примесных фаз, тем более
совершенной оказывается структура квазикристал-
лической фазы – больше размер ОКР (L) и параметр
аq (табл. 1).
В лентах, полученных из сплавов, в которых
цирконий заменен на гафний, при составе
Ti41,5Hf41,5Ni17 также наблюдается двуфазное состоя-
ние. Совместно с і-фазой присутствует значительное
(до 50 %) количество W-фазы даже при максималь-
ной реализованной скорости закалки.
Длительный (до 35 ч) отжиг Ti-Zr-Ni массивных
образцов и лент при давлении ≤10-6 Па и темпера-
турах от 673 до 823 К способствовал повышению
содержания і-фазы за счет L-фазы и α-Ti(Zr). С уве-
личением длительности отжига совершенство
структуры і-фазы повышается, а параметр квазикри-
116
сталличности растет от 0,51600 до 0,51910 нм (в
массивных) и до 0,52100 нм (в ленточных образцах).
При температурах >900 К отмечено превраще-
ние і-фазы в фазу Лавеса или W-фазу. Можно ут-
верждать, что икосаэдрическая фаза является ста-
бильной при температурах ниже 900 К. Таким обра-
зом, в результате комплексных исследований для
системы Ti-Zr-Ni отработаны оптимальные пара-
метры синтеза однофазных квазикристаллов.
Таблица 1
Зависимость фазового состава, параметров структуры, макронапряжений и микротвердости от химического
состава и скорости вращения закалочного диска по данным анализа свободной стороны (СС) лент
Сплав Ti41,5Zr41,5Ni17 Ti41,5Zr41,5Ni17 Ti45Zr38Ni17 Ti53Zr27Ni20
V, м/с 25 19,5 25 20
Фазовый
состав і-QC і-QC і-QC + "следы"
фазы Лавеса
тв. раствор
α-Ti(Zr)+
і-QC
aq,нм 0,52226 0,52092 0,51866 0,51180
L, нм 150±3 50±3 30±3 16±3
ε⋅103 1,1±0,1 1,4±0,1 1,6±0,1 1,3±0,1
σ, МПа 48±5 10±5 80±5 50±5
Нμ, ГПа 6,9±0,2 7,1±0,2 5,5±0,2 3,9±0,4
3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ
КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ
Согласно результатам исследований элементный
и фазовый составы, параметры структуры и суб-
структуры фаз, распределение макронапряжений и
отдельных свойств по объему Ti-Zr-Ni-лент являют-
ся неоднородными. Размер зерна в латеральном на-
правлении со СС на порядок превышает размер с
контактировавшей стороны (КС) лент (рис.2,а). С
КС распределение зерен по размерам имеет два мак-
симума. Области очень мелких зерен (≤1 мкм) чере-
дуются с областями крупных (до 10 мкм). В попе-
речном сечении можно выделить три характерные
зоны. Первая (периферийная) зона, которая непо-
средственно контактировала с диском - зона мелких
зерен; вторая – зона вытянутых зерен в нормальном
к поверхности направлении и третья - зона крупных
ограненных равноосных зерен (см. рис. 2,б). Извест-
но, что такое распределение характерно для кри-
сталлизации в изложнице и осаждения тонких пле-
нок, когда наблюдается градиент температуры по
нормали к поверхности. Известно, что общей чертой
отмеченных процессов является также формирова-
ние текстуры. Установлено, что и в лентах обнару-
живается преимущественная ориентация кристалло-
графических плоскостей, когда оси второго и пятого
порядка преимущественно параллельны поверхно-
сти. Ширина кривой качания со ВС составляет
4...6 град, а с КС - в 2...4 раза больше.
Согласно данным ВИМС и РЭММА распределе-
ние Ti, Zr и Ni является однородным по поверхности
со СС. С КС состав мелких зерен отвечает номи-
нальному, а в середине больших зерен концентрация
никеля на 4,5 % ниже. Неоднородность распределе-
ния никеля и является причиной контраста (см. рис.
2,в). На РЭМ-изображениях в суммарном режиме
вторичных и упруго отраженных электронов на-
блюдается сложный контраст с чередованием свет-
лых, серых и темных областей (см. рис. 2,г). Он обу-
словлен вариацией проводимости в точке падения
электронного пучка из-за изменения в среднем
атомном составе. Светлые области, где более суще-
ственна доля упруго отраженных электронов, при-
писываются квазикристаллической фазе, поскольку
по проводимости теоретически и экспериментально
она приближается к полупроводникам. Металличе-
ский тип проводимости отвечает темным областям.
Предполагается, что в объеме лент, а точнее на кон-
тактировавшей стороне сосуществуют несколько
фаз с близким элементным составом, но с разной
структурой и свойствами. Со свободной стороны
икосаэдрическая фаза является единственной.
Факт фазовой неоднородности согласуется со
сложным характером температурной зависимости
электросопротивления, о чем речь будет идти ниже.
Его причиной может быть то, что различные по се-
чению слои расплава кристаллизуются при разных
степенях переохлаждения и с разной скоростью. Это
может приводить к формированию в лентах оста-
точных макронапряжений.
Их существование действительно установлено
методом рентгеновской тензометри, причем со СС
действуют напряжения растяжения величиной до
150 МПа, а с КС они уравновешиваются напряже-
ниями сжатия (рис. 3). При исследовании с КС лент,
сопоставимых с глубиной проникновения рентге-
новских лучей, аq-sin2ψ-графики оказываются нели-
нейными. Рассчитанное распределение напряжений
по глубине согласуется с размерами отмеченных
выше зон (см. рис. 2,б) и зависит от скорости закал-
ки. В сечении лент выявляется градиентный харак-
тер изменения параметров, что характеризует струк-
117
туру и напряженное состояние. Можно видеть (см.
рис. 3,в), что параметр квазикристалличности с уче-
том напряжений aq0 из ВС лент выше, чем с КС.
Кроме того, с КС он практически не зависит от ско-
рости V и составляет 0,5200...0,5205 нм, тогда как с
противоположной стороны параметр с ростом ско-
рости от 10 до 25 м·с-1 линейно растет до 0,5223 нм.
Увеличение значения aq0 при существенном сниже-
нии количества примесных фаз свидетельствует о
вхождении всех элементов в икосаэдрическую
структуру.
Рис. 2. РЭМ-изображения контактировавшей стороны (а) и поперечного сечения (б) ленты Ti41,5Zr41,5Ni17,
полученной при V=19,5 м·с-1, в свете электронов отражения, а также в режиме
вторичных электронов (г) и изображение в ионах Ni+ (в) согласно данным ВИМС
Причиной этого считается относительно более
высокая температура СС ленты. Это способствует
диффузионному отжигу, ликвидации внутризерен-
ной ликвации никеля.
Кроме того, следует отметить, что совершенство
структуры со ВС выше, чем противоположной. Об
этом свидетельствует и более высокое значение
размера ОКР, что растет до 150 нм при увеличении
скорости V. Это отвечает снижению приблизительно
на порядок плотности дислокаций, что собраны в
стенки и параллельные поверхности. Рентгеновские
данные о неоднородности напряжений, структуры и
субструктуры коррелируют с таким же неоднород-
ным распределением по сечению образцов значений
микро- и нанотвердости. Примечательный тот факт,
что микродеформации, а следовательно, и плотность
дислокаций, хаотически распределенных внутри
ОКР, выше со свободной стороны. Поскольку при
V=10 м·с-1 разница Δε=εВС - εКС небольшая, можно
считать, что вклад частиц W-фазы в суммарную де-
формацию икосаэдрической матрицы является так-
же небольшим. Разница Δε непрерывно растет
(рис.4), несмотря на то, что с увеличением скорости
V микродеформации изменяются немонотонно: вна-
чале растут приблизительно в 1,5 раза, а затем не-
сколько снижаются. Отмеченная особенность сви-
детельствует о накоплении при больших скоростях
деформаций от дополнительных дефектов структу-
ры. Этими дефектами являются так называемые
«фазонные» дефекты. Этот тип дефектов вносит
топологический и химический безпорядок в струк-
туру, и является специфическим для квазикристал-
лов. Об их присутствии свидетельствует анализ за-
висимости положения, ширины и интенсивности
дифракционных отражений от длины Qперп - пер-
пендикулярной компоненты дифракционного. Ус-
тановлено, что при скоростной закалке хаотически
распределенные фазонные дефекты накапливаются
преимущественно с КС. Именно фазонные дефор-
мации определяют немонотонный вид зависимости
ε(V). С увеличением скорости V область мелких зе-
рен (I) на рис. 2,б существенно сужается, а гради-
ент теплового поля в сечении соответственно воз-
растает. Свободная сторона лент испытывает от-
118
жиг. Дислокации получают возможность переме-
щаться в поле остаточных напряжений. При этом
последние частично снижаются. Возле дислокаций
из первичных "фазонов" формируются дискретные
дилатационные шнуры и вводятся "собственные
фазонные дефекты". Суммарная плотность «фазон-
ных» дефектов возрастает, образуется доменная
структура.
10 15 20 25
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
σ, МПа
V, м с-1
2
1
10 15 20 25
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1
2
ε*103
V, м с-1
а б
10 15 20 25
0,519
0,520
0,521
0,522
0,523
2
1
аq0, нм
V, м с-1 10 15 20 25
20
40
60
80
100
120
140
160
2
1L, нм
V, м с-1
Рис.3. Изменение остаточных макронапряжений (а) в лентах Ti41,5Zr41,5Ni17,
средних микродеформаций (б), параметра квазикристалличности икосаэдрической фазы (в)
в г
и размеру ОКР (г) в зависимости от скорости вращения диска при съемке 1 – со свободной стороны
и 2 – с контактирующей стороны лент
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Δε*103
V, м с-1
Рис.4. Зависимость от скорости вращения диска
разницы величины микродеформации
со СС и с КС лент
Деформация структуры становится пространст-
венно неоднородной. Следует отметить, что ди-
фракционное проявление «фазонных» дефектов по-
добно эффектам дислокационных петель в соответ-
ствии с теорией М.Я. Кривоглаза [28].
4. ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ
Ti41,5Zr41,5Ni17 КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
Экспериментальные результаты по температур-
ной зависимости электрического сопротивления
квазикристаллов в интервале 0,3…300 К приведены
в [7, 9, 12, 14] и на рис. 5. Для температурного хода
электросопротивления исследованных образцов, со-
держащих i-фазу, характерны следующие особенно-
сти.
В интервале от ∼2 до 20...50 К наблюдается
уменьшение сопротивления с ростом температуры,
что может быть вызвано влиянием слабой локализа-
ции электронов при низких температурах [29]. Мел-
кий минимум на зависимости ρ(T) связан с перехо-
дом к «металлической» проводимости при более
119
высоких температурах. Для образца с более совер-
шенной по рентгеновским данным структурой ми-
нимум сдвинут в область более высоких температур
(Тmin ≈ 50 K), для менее совершенного образца - Тmin
≈ 20 K. Таким образом, для более совершенного об-
разца область отрицательной температурной произ-
водной электросопротивления увеличивается.
Рис. 5. Температурная зависимость электросопро-
тивления лент Ti41,5Zr41,5Ni17, полученных при ско-
рости V равной 19,5 м·с-1(1) и 25 м·с-1(2)
Отметим, что для наиболее совершенных икоса-
эдрических квазикристаллов характерно именно
уменьшение электросопротивления с ростом темпе-
ратуры (dρ/dT<0) во всей температурной области
существования квазикристалла [29].
Выше Tmin температурную зависимость сопро-
тивления можно аппроксимировать с погрешностью
не хуже 3% следующим соотношением:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅+=
T
JTcT θ
θ
ρρ *
3
3
30)( ,
( ) ( )∫ −
=
T
A
x
xn
n dx
e
exTJ
/
2
*
1
/
θ
θ ,
где 1-й член представляет собой остаточное сопро-
тивление, а 2-й член учитывает межзонные s-d-
переходы при рассеянии электронов на фононах
[30]. Введение ненулевого нижнего предела интег-
рирования в дебаевский интеграл обусловлено тем
обстоятельством, что электроны с длиной свободно-
го пробега le, меньшей длины волны фонона, уже не
рассеиваются фононами, поэтому область интегри-
рования для однофононных процессов сужается до
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛≤≤⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
T
X
Tql
X
De
θθπ
min [31-33].
Все исследованные образцы являются сверхпро-
водниками. В [7] мы наблюдали полный сверхпро-
водящий переход (ρ=0) для образца состава
Ti53Zr27Ni20, тогда как для образцов Ti45Zr38Ni17 было
обнаружено только резкое падение сопротивления,
свидетельствующее о начале сверхпроводящего пе-
рехода. Для образцов состава Ti41,5Zr41,5Ni17 переход
в сверхпроводящее состояние начинается ниже 1,6 К
(рис.6).
Ход кривых ρ(Т) при Т<2 К оказывается ступен-
чатым. Анализ показал, что число ступеней на тем-
пературной зависимости электросопротивления и их
высота согласуются с числом и составом фаз, кото-
рые выявляются рентгенографически при разделе-
нии асимметричных дифракционных профилей на
составные максимумы, аппроксимируемые функ-
циями Коши (рис.7).
1 10 100
1,00
1,01
1,02
2ρ(
T)
/ρ
(4
.2
)
T, K
1
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2
1R/R4.2 K
T, K
Рис.6. Переход в сверхпроводящее состояние лент
Ti41,5Zr41,5Ni17, полученных при скорости V,
равной 19,5 м·с-1(1) и 25 м·с-1(2)
Опираясь на результаты собственных исследова-
ний и литературные данные, мы нашли, что составы
фаз, соответствующие максимумам 2, 3 и 4 на рис.7,
есть Ti40Zr42,5Ni17,5; Ti40Zr40Ni20 и Ti43,5Zr43,5Ni13, со-
ответственно. Из них две первые фазы являются
квазикристаллическими, а третья отождествляется с
1/1-аппроксимантом (W-фаза). Мы полагаем, что
причиной неоднородности фазового состава являет-
ся неоднородность температурного поля при спин-
нинговании.
44,5 45,0 45,5 46,0 46,5 47,0 47,5
4
3
2
1од
.
Ін
те
нс
ив
ні
ст
ь,
в
ід
н.
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
, о
тн
. е
д.
Рис.7. Распределение интенсивности дифракцион-
ного пика (18,29) от ленты Ti41,5Zr41,5Ni17,
что получена с V=25 м•с-1, по результатам съемки
в λΚα-Fe-излучении: 1 - экспериментальное
распределение интенсивности; 2, 3, 4 – составные
максимумы по данным полнопрофильного
компьютерного моделирования
В табл. 2 приведены характеристики указанных
гипотетических фаз. Сопоставляя рис. 6 с данными
табл. 2, можно предположить следующее.
1) Ступенька в области 0,9 К есть только для об-
разца с V=25 м/с, поэтому ее следует связать с W-
2ϑ, град.
120
фазой состава Ti43,5Zr43,5Ni13, которая имеется в этом
образце, но отсутствует в образце с V=19 м/с.
2) Полное обращение сопротивления в нуль (ТС
≈0,4 К) можно связать с преобладающей в обоих об-
разцах икосаэдрической фазой гипотетического со-
става Ti40Zr42,5Ni17,5 [9, 12]. В образце с V=19 м/с
структура этой фазы менее совершенна, чем для об-
разца с V=25 м/с, поэтому сверхпроводящий пере-
ход для V=19 м/с шире, и в исследованном темпера-
турном дипазоне (T>0,3 K) нулевое сопротивление
не достигается.
3) Фаза состава Ti40Zr40Ni20 ответственна за сту-
пеньки в области 1,4 К, которые также наблюдаются
для обоих образцов.
Таблица 2
Усредненные величины параметра квазикристалличности aq,
ширины линий (на половине высоты) B и объёмных долей различных фаз в образцах
V=19,5 м/с V=25 м/с Состав фазы aq, Å B, град Объемная доля aq, Å B, град Объемная доля
Ti40Zr42,5Ni17,5 5,217 0,22 0,75 5,214 0,13 0,73
Ti40Zr40Ni20 5,184 0,33 0,22 5,188 0,32 0,17
Ti43,5Zr43,5Ni13 5,267 0,49 0,03 5,282 0,36 0,10
В интервале 0,3…2 К изучено влияние магнитно-
го поля до 16 кЭ на сверхпроводящий переход в ква-
зикристаллах Ti41,5Zr41,5Ni17. По началу отклонения
ρ(T) от уровня нормального состояния определяли
поле HС2.Температурная зависимость поля НС2 для
фазы Ti40Zr40Ni20 может быть аппроксимирована со-
отношением, учитывающим влияние парамагнетиз-
ма на НС2 в случае «грязного» сверхпроводника.
Аппроксимация дает НС2(0)≈14 kЭ для образца с
V=19 м/с и НС2(0)≈12 kЭ для образца с V=25 м/с, т. е.
в более совершенных образцах НС2(0) несколько
меньше, чем в менее совершенных образцах. В [11]
были получены зависимости НС2(Т) для икосаэдри-
ческих квазикристаллов Al-Cu-Li и Al-Cu-Mg. Ап-
проксимация этих данных показывает отсутствие
парамагнитного эффекта и существенно более низ-
кие значения НС2(0) ≈2 kЭ.
Отметим, что все известные сейчас квазикри-
сталлические сверхпроводники – Al-Zn-Mg, Al-Cu-
Mg, Al-Cu-Li и Ti-Zr-Ni принадлежат к ТС-классу,
для которого характерны более высокие по сравне-
нию с МI-классом значения электронной концен-
трации (e/a ≥ 2,1) и отношения квазирешеточной
константы к среднему атомному диаметру
(aR/d∼1,75) [3].
5. НАКОПЛЕНИЕ И ДИФФУЗИЯ
ВОДОРОДА
Квазикристаллы Ti-Zr-Ni-системы поглощают в
виде твердого раствора водород в концентрации до
H/M = 1.9. Отношение числа водородных атомов к
числу атомов металла больше, чем интерметаллидов
LaNi5, ZrV2, ZrNi и др. Например, для LaNi5 H/M =
1,1 [4, 33]. Поэтому указанные квазикристаллы
могут представлять интерес для использования их в
качестве аккумуляторов водорода или
водородосодержащих соединений. Для расчета
характерных времен выравнивания концентрации
водорода, его сорбции и десорбции необходимы
данные о диффузии водорода в этих материалах,
поэтому исследование диффузии водорода в них
представляет не только теоретический, но и
практический интерес.
Образы для исследований в виде брусков
прямоугольного сечения (1×1 мм) и длиной около
15 мм вырезались из слитка номинального состава
Ti45Zr38Ni17 электроискровым способом.
Коэффициент диффузии определяли по увеличе-
нию электросопротивления образца по мере поступ-
ления в его объём водорода из тонкого поверхност-
ного слоя. Сопротивление измеряли четырёхзондо-
вым методом вдоль длинной стороны образца. На-
водороженный поверхностный слой создавали бы-
стрым электролитическим насыщением. Непосред-
ственно после наводороживания сопротивление об-
разца практически не изменялось, поскольку насы-
щенный слой был столь узким, что его вкладом в
общее сопротивление образца можно было пренеб-
речь.
Для расчета коэффициента диффузии использо-
вали начальные и граничные условия диффузии из
слоя в объём при условии отсутствия потока через
границы:
( )
⎩
⎨
⎧
<<
<<<
=
,,0
0,
0, 0
lXh
lhXC
XC
XC ∂∂ / ⎪X=0, l = 0.
В этом случае количество водорода в исследуемом
объёме можно представить в виде [34]:
∫ ∂
∂
−=
t
x
txCDtM
0
),()( |x=h dx , т. е.
2 2
2
2 2
1
1( ) sin 1 exp
n
n h n DtM t A
ln l
π π∞
=
⎡ ⎤⎛ ⎞
= − −⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎣ ⎦
∑ ,
где t – время; D – коэффициент диффузии;
А~2С0l/π2.
В области твёрдого раствора прирост электросо-
противления Δρ можно считать пропорциональным
количеству водорода в образце. Варьируя парамет-
ры А и D, можно аппроксимировать эксперимен-
тальную зависимость Δρ(t), добиваясь минимально-
го значения среднего квадратичного отклонения.
121
Расчет по приведенной выше формуле для диффу-
зионного отжига при 354 К дает значение коэффи-
циента диффузии водорода в образце Ti45Zr38Ni17
равным D = 1,47·10-8 см2/c при минимальном значе-
нии среднего квадратичного отклонения 4%. Это
значение по порядку величины близко к соответст-
вующему значению D для титана [35].
6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
И ДЕФОРМАЦИЯ Ti-Zr-Ni-
КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
Механические свойства образцов исследовали
методом наноиндентирования [36, 37] на установке
Nano Indenter-II, MTS Systems Corporation, Oak
Ridge, TN, USA с использованием трёхгранного ин-
дентора Берковича. Точность измерения глубины
отпечатка составляла ±0,04 нм, нагрузки на инден-
тор ±75 нН. Отпечатки наносились на расстоянии
30 мкм друг от друга, и на каждом образце произво-
дилось по 5 измерений. Каждое испытание состояло
из двух циклов. 1-й цикл предназначался для опре-
деления модуля упругости и твёрдости образца по
методике Оливера и Фарра [36]. Во 2-м цикле по-
вторного индентирования при сформированном от-
печатке получали кривую упругопластического на-
гружения, которая характеризует механическое по-
ведение при контактном нагружении. Отметим, что
размер отпечатка при испытаниях не превышал раз-
мера зерна.
В результате испытаний установлено, что наи-
большие значения нанотвердости Н=8 ГПа и модуля
Юнга Е=(113±4) ГПа наблюдается в однофазных
квазикристаллических Ti41,5Zr41,5Ni17 образцах с са-
мой совершенной структурой [13, 14, 25]. В неодно-
кратных испытаниях, что приходились на разные
зерна поликристалла, отмечено, что все линейные
начальные участки разгрузки параллельные между
собой с относительной погрешностью до 1 %. Такой
результат позволяет утверждать, что модуль Юнга,
который рассчитывается из наклона начального уча-
стка разгрузки, является величиной, изотропной для
икосаэдрических квазикристаллов. Было отмечено,
что степень упругого возобновления Н/Е квазикри-
сталлической фазы является более высокой, чем для
кристалла, и зависит от совершенства икосаэдриче-
ской структуры.
Обработка экспериментальных графиков нагруз-
ки-перемещения на второй степени упруго-
пластичной деформации позволила установить, что
энергия активации пластической деформации Ti-Zr-
Ni квазикристалла при комнатной температуре со-
ставляет ≈(0,70±0,5) эВ/ат. Эта величина является
близкой к энергии термической активации пласти-
ческой деформации для квазикристаллов на основе
алюминия.
Определено, что фазовый состав образцов и со-
вершенство структуры i-фазы определяют механизм
деформации квазикристаллов. Особенности дефор-
мации квазикристалла по сравнению с кристаллом
отображены на рис.8. Выявлено, что пластическая
деформация квазикристалла на стадии контактной
деформации с нарастанием нагрузки протекает сту-
пенчато. Чередуются участки медленной упруго-
пластической и очень быстрой пластичной дефор-
мации.
Основываясь на литературных данных по высо-
котемпературной деформации, предлагается качест-
венная модель пластической деформации квазикри-
сталлов при комнатной температуре. Начальный
этап деформации связан с диффузионным перепол-
занием дислокаций и накоплением фазонных дефек-
тов. Увеличение плотности фазонных дефектов спо-
собствует "деформационному размягчению". Каж-
дый следующий этап пластической деформации
проходит более быстро и при все меньшем значении
контактного давления. Всплеск скорости деформа-
ции обусловлен "скольжением" расщепленных дис-
локаций по полю "фазонов" с формированием еди-
ничной полосы скольжения [13].
0 5 10 15 20 25
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
III
2
1
Р, мН
ε, c-1
Рис.8. Графики зависимости скорости относитель-
ной деформации ε& от величины нагрузки Р для
эталонного кристаллического образца W+12%Ta (1)
и для самого совершенного ленточного
Ti41,5Zr41,5Ni17 образца (2), где I – участок упру-
гой деформации, II – участок пластической
деформации
7. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Ti-Zr-Ni-КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
Несмотря на значительный прогресс в исследо-
вании квазикристаллов, их теплофизические свойст-
ва остаются одной из малоизученных сторон. В пер-
вую очередь это касается характеристик, что опре-
деляются динамикой решетки. Для однофазных об-
разцов Ti41,5Zr41,5Ni17 при изменении рабочей темпе-
ратуры в вакуумной камере от 80 до 300 К выполнен
анализ положения и интенсивности дифракционных
максимумов от нескольких непараллельных кри-
сталлографических плоскостей. Следует отметить,
что понижением температуры было подавлено на-
копление фазонных дефектов, что могло бы внести
погрешность в эксперимент. Эталоном в экспери-
ментах служила сверхчистая (99,95) медь. В резуль-
тате рентгенографических исследований были полу-
чены данные о величине коэффициента термическо-
го расширения, среднеквадратичных отклонений
атомов и характеристической температуры квазик-
ристаллической фазы. Определено, что в указанном
температурном интервале средний линейный коэф-
фициент термического расширения α составляет
(8±0,5)⋅10-6 К-1, а величина среднеквадратичных от-
122
клонений атомов
2
U при комнатной температуре -
4,2⋅10-4 нм2. Рентгеновская характеристическая тем-
пература Дебая оценена ровной ΘД=(340±20) К. Это
значение практически совпадает с ΘД, которое ис-
пользовали как параметр подгонки при аппроксима-
ции температурной зависимости электросопротив-
ления в области металлической проводимости.
О достоверности полученных данных свидетель-
ствует тот факт, что значение ΘД , определенное для
меди ((310±20) К), хорошо согласуется с литератур-
ными данными (ΘД =(315±10) К).
Поскольку значения теплофизических характе-
ристик, определенные из анализа различных ди-
фракционных максимумов, совпадают в рамках
ошибки эксперимента, то делается заключение, что
указанные выше теплофизические характеристики
для квазикристалла являются величинами изотроп-
ными.
8. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРНОГО
И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
В РЕЗУЛЬТАТЕ ВНЕШНЕГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ
Известно, что структуры, сформированные в
неравновесных условиях, к которым относится и
скоростная закалка, характеризуются гетерофаз-
ностью, существованием остаточных макро- и
микронапряжений, повышенной дефектностью. В
условиях внешнего воздействия они должны
стремиться перейти в новое квазиравновесное со-
стояние. Вопрос об устойчивости структуры ква-
зикристаллов в настоящее время является мало
изученным.
Изучение структурных изменений в однофаз-
ных Ti41,5Zr41,5Ni17-лентах при тепловой обработке
в области стабильности икосаэдрической фазы
[38] проводили путем изохронных (1 ч) отжигов в
безмасляном вакууме при 10-10 Па и температуре
от 673 до 823 К. Установлено, что в исходно на-
пряженных лентах наблюдаются стимулирован-
ные температурой изменения структурного со-
стояния. Они проявляются в изменении параметра
квазикристалличности, размера областей коге-
рентного рассеяния, величины микродеформаций
и плотности фазонных дефектов. С повышением
температуры характер изменений меняется. В ин-
тервале до 700…723 К происходит отжиг росто-
вых дефектов структуры. При температуре
Т≈723 K наблюдается частичное i'→i +W фазовое
превращение, при котором первичная неупорядо-
ченная и пресыщенная квазикристаллическая фаза
распадается на две равновесные фазы. Механизм
превращения включает скольжение дислокаций в
поле напряжений, диффузионное собирание возле
дислокаций исходных "замороженных фазонных
дефектов" и накопление скоррелированных фа-
зонных стенок, что приводит к формированию за-
родыша W-фазы. Движущей силой превращения
является снижение энергии упругой деформации
при уменьшении остаточных макронапряжений
максимально на 80%.
8.1. Влияние водорода на структуру,
субструктуру и свойства
Водород является наименьшей примесью, вво-
димой в материалы. Для расчета процессов обрати-
мой сорбции-десорбции необходимо знать как мак-
роскопический коэффициент диффузии при различ-
ных концентрациях и температурах, так и особенно-
сти структурного состояния растворителя. Степень
насыщения водородом материалов удобно оцени-
вать по величине дилатации решетки. Для Ti-Zr-Ni-
квазикристаллов необходимая для расчетов инфор-
мация содержится в [6]. Наряду с эффектом дилата-
ции насыщение структуры QC водородом приводит
к изменению электронной концентрации и перерас-
пределению сил межатомного взаимодействия. По-
этому можно ожидать, что гидрогенизация приведет
к изменению физических свойств квазикристаллов.
Рентгенографически насыщение водородом про-
является в сдвиге дифракционных максимумов, из-
менении их интенсивности и ширины на половине
высоты. По величине сдвига максимальное содер-
жание водорода в і-фазе оценено для наших образ-
цов как Н/M ≤0,4.
Выявлено, что в массивных образцах водород
уже при малых концентрациях стимулирует фазовое
превращение фазы Лавеса в икосаэдрическую фазу.
Об этом свидетельствует увеличение интенсивности
линий і-фазы по отношению к линиям фазы Лавеса.
Предполагается, что определяющую роль в этом иг-
рает электронный фактор. Водород располагается в
тетраэдричних междоузлиях и отдает частично
электрон. Электронная концентрация повышается
до уровня стабильности і-фазы.
Введение водорода в ленточные образцы в ма-
лых (<0,1 H/M) количествах приводит к совершен-
ствованию структуры и субструктуры і-фазы. Уве-
личивается размер ОКР и снижаются микродефор-
мации. При H/M >0,15 снижается концентрация од-
нородных фазонных деформаций, но начинает уве-
личиваться плотность дислокаций и в стенках, и
хаотически распределенных. Установлено, что вве-
дение водорода в структуру квазикристалла приво-
дит к изменению механических свойств: снижаются
модуль Юнга на ≈15%, микротвердость на 30%, а
H/E увеличивается на 30 % независимо от исходного
фазового состава. Приблизительно также ослабляет-
ся температурная зависимость электросопротивле-
ния на участке металлической проводимости. Все
эти данные свидетельствуют о совершенствовании
икосаэдрической структуры при растворении в ква-
зикристалле малого количества водорода.
8.2. Влияние радиационного воздействия
Поскольку структуре квазикристаллов не свой-
ственна трансляционная инвариантность, то квазик-
ристаллы рассматривают как перспективные мате-
риалы в плане радиационной стойкости [39]. Экспе-
рименты в этом направлении в настоящее время яв-
ляются единичными. В данной работе использовано
облучение квазикристаллических лент
Ti41,5Zr41,5Ni17 квантами ВУФ (τ до 17 ч), рентгенов-
ским тормозным излучением (hνmax=1 МэВ, D до
123
4000 рад), а также потоком электронов и протонов с
энергией 100 кэВ и дозой до 1,3⋅1017 см-2 [23, 24].
Эти условия моделируют длительное пребывание в
условиях открытого космического пространства.
Согласно экспериментальным данным в объеме
всех образцов далеко за пределами проективного
пробега или скин-слоя происходят структурные
превращения, которые заключаются в изменении
уровня начальных макронапряжений, параметров
структуры и субструктуры квазикристаллической
фазы. Так, ВУФ-облучение квазикристалла стиму-
лирует снижение на 60...90 % остаточных макрона-
пряжений, увеличение параметра квазикристаллич-
ности с учетом напряжений на (9...12)⋅10-5 нм, рост
размера ОКР и величины микродеформаций на 20%.
При электрон-протонном облучении параметр ква-
зикристалличности и уровень микродеформации,
как правило, уменьшаются. Определено, что мас-
штаб стимулируемых изменений определяется со-
вершенством исходной структуры и ее однородно-
стью. Так, изменения субструктурных характери-
стик тем выше, чем выше дефектность в исходном
состоянии. Стимулируемые структурные изменения
объясняются в рамках теории радиационной ползу-
чести. Изменение параметров структурного состоя-
ния связано со снижением плотности начальных то-
чечных дефектов закалочной природы и в отдель-
ных случаях с накоплением в объеме образцов дис-
локационных петель. Уменьшение величины микро-
деформаций и роста размера областей когерентного
рассеяния обусловлено перемещением дислокаций в
поле начальных макронапряжений и отжигом их в
результате эффективной сорбции точечных дефек-
тов. Немонотонность процессов свидетельствует о
последовательности стадий отжига первичных де-
фектов и накопления вторичных радиационных де-
фектов при больших дозах облучения.
ЛИТЕРАТУРА
1. D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J.W. Сahn.
Metallic phase with long-rage orientational order and no
translational symmetry // Phys. Rev. Lett. 1984, v. 53,
p. 1951-1953.
2. C. Esclandon // C.R. Acad. Sci. Paris. 1902, v.
135, p. 891-893.
3. C. Janot. Quasicrystals. Oxford: Clarendon
press, 1994, 409 p.
4. Z.M. Stadnik. Physical properties of
quasicrystals. Berlin: Springer, 1999, 365 р.
5. W.J. Kim, P.C.Gibbons, K.F.Kelton, W.B.
Yelon. Structural refinement of 1/1 bcc approximants to
quasicrystals: Bergman-type W(TiZrNi) and Mackay-
type M(TiZrFe) // Phys. Rev. B: Condens. Matter
Mater. Phys. 1998, v. 58, p. 2578-2585.
6. A.M. Viano, E.H. Maizoub, R.M. Stroud,
M.J. Kramer, S.T. Misture, P.C. Gibbons, K.F. Kelton.
Hydrogen absorption and storage in quasicrystalline and
related Ti-Zr-Ni alloys // Phil. Mag. A. 1998, v. 78, p.
131-141.
7. V. Azhazha, A. Grib, G. Khadzhay, S. Malykhin,
B. Merisov, A. Pugachov. Superconductivity of Ti-Zr-
Ni Alloys Containing Quasi-Crystals // Physics Letters
A. 2002, v. 303, p. 87-90.
8. V. Azhazha, A. Grib, G. Khadzhay, S.
Malykhin, B. Merisov, A. Pugachov. Diffuson of
hydrogen in Ti-Zr-Ni quasicrystals // J. Phys.: Condens.
Matter. 2003, v. 15, p. 5001-5004.
9. V. Azhazha, A. Grib, G. Khadzhay, S.
Malykhin, B. Merisov, A. Pugachov. The electrical
resistivity of Ti-Zr-Ni quasicrystals in the interval 1.3-
300 K // Physics Letters A. 2003, №349, p. 539-543.
10. V. Azhazha, S. Dub, G. Khadzhay, S.
Malykhin, B. Merisov, A. Pugachov. Structure and
peculiarities of nanodeformation in Ti–Zr–Ni quasi-
crystals // Phil. Mag. 2004, v. 84, № 10, p. 983–990.
11. В.М. Ажажа, А.Т. Пугачёв, С.С. Борисова,
А.Н. Гриб, С.В. Малыхин, Б.А. Мерисов,
Г.Я. Хаджай, С.Н. Дуб. Изменение структуры, суб-
структуры и физических свойств Ti-Zr (Hf)-Ni ква-
зикристаллов при насыщении водородом // Вестник
ВГТУ. Сер. Материаловедение. 2004, в. 1.15, с.7-11.
12. V.M. Azhazha, G.Ya. Khadzhay, S.V
.Malykhin, B.A. Merisov, H.R. Ott, A.T. Pugachov,
A.V. Sologubenko. The electrical resistivity of
Ti41.5Zr41.5Ni17 quasicrystals in the temperature region
0.3–300 K // Fizika Nizkikh Temperatur. 2005, v. 31,
№ 6, p. 629-633.
13. В.М. Ажажа, С.С. Борисова, С.Н. Дуб,
С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв, Б.А. Мерисов,
Г.Я. Хаджай. Механическое поведение Ti-Zr-Ni-
квазикристаллов при наноиндентировании // Физика
твердого тела. 2005, т. 47, № 12, с. 2170-2175.
14. В.М. Ажажа, С.М. Дуб, А.Н. Гриб, Б.А. Ме-
рисов, Г.Я. Хаджай, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв,
Л.И. Гладких. Синтез, структура, субструктура, ос-
таточные напряжения и отдельные физические
свойства Ti-Zr-Ni-квазикристаллов // Вістник
Харківського національного університету. Сер.
Фізика. 2006, № 9, № 739, с103 -107.
15. S.V. Malykhin, A.T. Pugachov,
E.E. Chernokhvo-stenko. Thermal Expansion and De-
bye Temperature of Ti-Zr-Ni Quasicrystal // Functional
Materials. 2006, v. 13, № 4, p. 596-599.
16. S. Malykhin. Residual stresses in
Ti41,5Zr41,5Ni17 quasi-crystalline ribbons measured by X-
ray diffraction // Functional Materials. 2007, v. 14, №2,
p. 223-227.
17. В.М. Ажажа, С.С. Борисова, А.Н. Гриб,
С.Н. Дуб, С.В. Малыхин, Б.А. Мерисов,
А.Т. Пугачев, Г.Я. Хаджай. Особенности структуры
и механических свойств сплавов Ti-Zr-Ni, содержа-
щих квазикристаллическую фазу // Сб. докл. 9-го
Международного симпозиума "Высокочистые ме-
таллические и полупроводниковые материалы".
Харьков, 21-26 апреля 2003 г. Харьков: ННЦ ХФТИ.
2003, с 152-159.
18. В.М. Ажажа, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв,
Л.И. Гладких, С.С. Борисова, Б.А. Савицкий. Струк-
тура, субструктура и напряженное состояние лен-
точных квазикристаллов Ti-Zr-Ni // Труды V Меж-
дународной конференции "Нелинейные процессы и
проблемы самоорганизации в современном мате-
риаловедении". Воронеж, 3-5 октября 2004 г. Воро-
неж: Вор. гос. техн. ун-т, 2004, с. 91-92.
19. В.М. Ажажа, С.Н. Дуб, А.Н. Гриб, Б.А. Ме-
рисов, Г.Я. Хаджай, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв.
124
Синтез, структура, субструктура, остаточные на-
пряжения и отдельные физические свойства Ti-Zr-
Ni-квазикристаллов // Фізичні явища в твердих ті-
лах. Матеріали 7-ї Міжнародної конференції. Хар-
ків, 14-15 грудня 2005 р. Харків: ХНУ. 2005, с. 74.
20. V. Azhazha, S. Malykhin, A. Pugachov, S.
Dub, A. Grib, G. Khadzhay, B. Merisov. Synthesis,
structure, substructure, residual stresses and properties
of Ti-Zr-Ni and Ti-Hf-Ni icosahedral quasicrystals //
Crystal materials'2005.ICCM'2005. Kharkov, Ukraine,
30 May-2 June 2005. Kharkov, 2005, р.26.
21. В.М. Ажажа, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв,
Е.Н. Решетняк, М.В. Решетняк. Структура, суб-
структура и напряженное состояние Ti-Zr-Ni-
квазикристаллов // Современное материаловедение:
достижения и проблемы: Международная конфе-
ренция MMS-2005, Киев, 26-30 сент. 2005 г. К.,
2005, т. 1, с. 414-415.
22. V. Azhazha, A. Grib, G. Khadzhay, S. Ma-
lykhin, B. Merisov, A. Pugachov. Diffusion of hydrogen
in Ti-Zr-Ni quasicrystals // VII International Conference
"Hydrogen Materials Science&Chemistry of Carbon
Nanomaterials"(ICHMS'2003). Судак, Крым, 14-20
сент. 2003 г. Судак, 2003, с. 238-241.
23. В.М. Ажажа, С.Д. Лавриненко, Ю.Ф. Лонин,
Н.Н. Пилипенко, Б.В. Середа, С.В. Малыхин,
А.Т. Пугачёв, Е.Н. Решетняк, А.Л. Топтыгин,
Н.А. Кузьменко. Структурные изменения в быстро-
закаленных лентах металлических сплавов при ра-
диационном воздействии // XVII Международная
конференция по физике радиационных явлений и ра-
диационному материаловедению. Алушта, Крым, 4-
9 сент. 2006 г. Харьков, 2006, с. 76.
24. Н.А. Кузьменко, С.В. Малыхин, Ю.А. По-
хил, А.Т. Пугачёв, М.В. Решетняк, А.Л. Топтыгин.
Влияние облучения на структуру и субструктуру
Ti41,5Zr41,5Ni17-квазикристаллов // Физико-химические
процессы в конденсированном состоянии и на меж-
фазных границах: III-Всероссийская конференция
ФАГРАН-2006. Воронеж, Россия, 8-14 окт. 2006 г.
Воронеж, 2006, т. 1, с. 562-565.
25. В.М. Ажажа, А.М. Бовда, С.Д. Лавриненко,
Л.В. Онищенко, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв,
М.В. Решетняк, А.Н. Стеценко, Б.А. Савицкий. Син-
тез и стабильность Ti-Zr-Ni-квазикристаллов // Во-
просы атомной науки и техники. Серия "Вакуум,
чистые материалы, сверхпроводники". 2007, №4,
с. 82-87.
26. J. Cahn, D. Shechtman, D. Gratias. Indexing of
icosahedral quasiperiodic crystals // J. Mat. Res. 1986,
v. 1, № 1, p. 30-54.
27. P. Lu, K. Deffeyes, P. Steinhard, N. Yao. Iden-
tifying and indexing icosaherdral quasicrystals from
powder diffraction patterns // Phys.Rew.Lett. 2001, v.
87, № 27, p. 275507-1-275507-4.
28. М.А. Кривоглаз. Дифракция рентгеновских
лучей и нейтронов в неидеальных кристаллах. Киев:
"Наукова думка", 1983, 408 с.
29. L. Colquitt. Electrical and thermal resistivities
of the nonmagnetic transition metals with a two-band
model // J. Appl. Physics. 1965, v. 36, N 8, p. 2454-
2458.
30. A.B. Pippard // Phil. Mag. 1955, v. 46, р. 1104.
31. M. Kaveh, N. Wiser // Phys. Rev. B. 1987,
v. 36, p. 6339.
32. R. Berman. Thermal Conduction in Solids, Cla-
rendon Press, Oxford, 1976, 348 p.
33. R. Nicula, A. Jianu, A.R. Biris, D. Lupu, R.
Manaila, A. Devenyi, C. Kumpf, E. Burkel. Hydrogen
storage in icosahedral and related phases of rapidly soli-
difited Ti-Zr-Ni alloys // European Physical Journal B.
1998, v. 3, № 2, p. 1-5.
34. А.И. Райченко. Математическая теория
диффузии в приложениях. Киев: “Наукова думка”,
1981.
35. Водород в металлах. Т. 1. Основные свойст-
ва / Под ред. Г. Алефельда, И. Фёлькля. М.: «Мир»,
1981, c. 475.
36. W.C. Oliver, G.M. Pharr. An improved tech-
nique for determining hardness and elastic modulus us-
ing load and displacement sensing indentation experi-
ments // J. Mater. Res. 1992, v. 7, № 6, p. 1564-1583.
37. С.И. Булычев, В.П. Алехин, М.Х. Шоршо-
ров, А.П. Терновский, Г.Д. Шнырев. Определение
модуля Юнга по диаграмме вдавливания индентора
// Заводская лаборатория. 1973, № 39, c. 1242-1247.
38. K.F. Kelton, A.K. Gangopadhyay, G.W. Lee,
L. Hannet, et al. X-ray and electrostatic levitation un-
dercooling studies in Ti–Zr–Ni quasicrystal forming al-
loys// Journal of Non-Crystalline Solids. 2002, v. 312–
314, p. 305–308.
39. Ш.Х. Ханнанов. Кристаллическое, квазик-
ристаллическое и аморфное состояния металлов //
ФММ. 1993, т. 75, № 2, с.26-37.
Статья поступила в редакцию 05.10.2009 г.
125
ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ Ti-Zr-Ni-КВАЗІКРИСТАЛІВ
В.М. Ажажа, С.В. Малихін, Б.О. Мерісов, А.Т. Пугачов, Г.Я. Хаджай
Для зразків Ti-Zr-Ni-системи: масивних, отриманих рівноважною кристалізацією в виливниці, та стрічок
товщиною від 20 до 100 мкм, отриманих швидкісним загартуванням на одному диску, досліджена залеж-
ність фазового складу від складу шихти з надчистих компонентів і швидкості обертання диска. Знайдені те-
хнологічні параметри синтезу зразків однофазних або з переважаючою часткою ікосаедричної квазікриста-
лічної структури. Досліджені особливості структури, субструктури і напруженого стану стрічок. Встановле-
но, що в перетині стрічок має місце градієнтна зміна фазового складу, розміру зерна, мікро- та нанотвердос-
ті, модуля Юнга, а також параметрів структури, субструктури і величини залишкових макронапружень. Роз-
поділ залежить від швидкості загартування. Вивчений температурний характер зміни електричного опору
без поля і з накладенням магнітного поля. Знайдений перехід в стан надпровідності. Досліджені властивість
накопичення водню і параметри його дифузії, механічні властивості і характер деформації, а також теплофі-
зичні властивості Ti-Zr-Ni-квазікристалів. Вивчена еволюція структурного і напруженого стану квазікриста-
лів в результаті теплової дії, насичення воднем і опромінювання.
STRUCTURE AND PROPERTIES FEATURES OF Ti-Zr-Ni-QUASICRYSTALS
V.М. Azhazha, S.V. Malykhin, B.А. Merisov, А.T. Pugachov, G.Ya. Khadzhay
For Ti-Zr-Ni ingots prepared by equilibrium crystallization, and 20 to 100 μm ribbons obtained by rapid quench-
ing on the same disc, the dependence of phase composition on the super-pure components charge mixture composi-
tion and on the disc velocity has been studied. The technology parameters for synthesis of QC single-phase struc-
tures or ones with prevailing portion of icosahedral quasicrystalline structure were determined. The peculiarities of
structure,. substructure and stress state of the ribbons were studied. Through the ribbon section, the gradient varia-
tions of phase composition, grain size, micro- and nano-hardness, Young modulus, structure and substructure pa-
rameters, and residual stress level were established. The gradient distributions depend on the quenching speed. The
temperature behaviour of electrical resistivity without external magnetic field and under magnetic field was investi-
gated. The transition to superconductivity state was found. The properties of hydrogen accumulation and the pa-
rameters of its diffusion, as well as mechanical properties and deformation features, and thermo-physical properties
of Ti-Zr-Ni quasicrystals were studied. The evolution of structure and stress state in quasicrystals as a result of
thermal influence, hydrogen saturation, and irradiation was analyzed.
126
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90720 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:24:24Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ажажа, В.М. Малыхин, С.В. Мерисов, Б.А. Пугачёв, А.Т. Хаджай, Г.Я. 2016-01-02T17:04:22Z 2016-01-02T17:04:22Z 2009 Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов / В.М. Ажажа, С.В. Малыхин, Б.А. Мерисов, А.Т. Пугачёв, Г.Я. Хаджай // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 115-126. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90720 669.17:539.9:539.25 Для образцов Ti-Zr-Ni-системы: отливок, полученных равновесной кристаллизацией в изложнице, и лент толщиной от 20 до 100 мкм, полученных скоростной закалкой на одном диске, исследована зависимость фазового состава от состава шихты из сверхчистых компонентов и скорости вращения диска. Найдены техно- логические параметры синтеза образцов однофазных или с преобладающей долей икосаэдрической квазикристаллической структуры. Исследованы особенности структуры, субструктуры и напряженного состояния лент. Установлено, что в сечении лент имеется градиентное изменение фазового состава, размера зерна, микро- и нанотвердости, модуля Юнга, а также параметров структуры, субструктуры и величины остаточных макронаряжений. Распределение зависит от скорости закалки. Изучен температурный характер изменения электрического сопротивления без поля и с наложением магнитного поля. Обнаружен переход в состояние сверхпроводимости. Исследованы свойство накопления водорода и параметры его диффузии, механические свойства и характер деформации, а также теплофизические свойства Ti-Zr-Ni-квазикристаллов. Изучена эволюция структурного и напряженного состояния квазикристаллов в результате теплового воздействия, насыщения водородом и облучения. Для зразків Ti-Zr-Ni-системи: масивних, отриманих рівноважною кристалізацією в виливниці, та стрічок товщиною від 20 до 100 мкм, отриманих швидкісним загартуванням на одному диску, досліджена залежність фазового складу від складу шихти з надчистих компонентів і швидкості обертання диска. Знайдені технологічні параметри синтезу зразків однофазних або з переважаючою часткою ікосаедричної квазікристалічної структури. Досліджені особливості структури, субструктури і напруженого стану стрічок. Встановлено, що в перетині стрічок має місце градієнтна зміна фазового складу, розміру зерна, мікро- та нанотвердості, модуля Юнга, а також параметрів структури, субструктури і величини залишкових макронапружень. Розподіл залежить від швидкості загартування. Вивчений температурний характер зміни електричного опору без поля і з накладенням магнітного поля. Знайдений перехід в стан надпровідності. Досліджені властивість накопичення водню і параметри його дифузії, механічні властивості і характер деформації, а також теплофізичні властивості Ti-Zr-Ni-квазікристалів. Вивчена еволюція структурного і напруженого стану квазікристалів в результаті теплової дії, насичення воднем і опромінювання. For Ti-Zr-Ni ingots prepared by equilibrium crystallization, and 20 to 100 μm ribbons obtained by rapid quenching on the same disc, the dependence of phase composition on the super-pure components charge mixture composition and on the disc velocity has been studied. The technology parameters for synthesis of QC single-phase structures or ones with prevailing portion of icosahedral quasicrystalline structure were determined. The peculiarities of structure,. substructure and stress state of the ribbons were studied. Through the ribbon section, the gradient variations of phase composition, grain size, micro- and nano-hardness, Young modulus, structure and substructure parameters, and residual stress level were established. The gradient distributions depend on the quenching speed. The temperature behaviour of electrical resistivity without external magnetic field and under magnetic field was investigated. The transition to superconductivity state was found. The properties of hydrogen accumulation and the parameters of its diffusion, as well as mechanical properties and deformation features, and thermo-physical properties of Ti-Zr-Ni quasicrystals were studied. The evolution of structure and stress state in quasicrystals as a result of thermal influence, hydrogen saturation, and irradiation was analyzed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов Особливості структури та властивостей Ti-Zr-Ni-квазікристалів Structure and properties features of Ti-Zr-Ni-quasicrystals Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов Ажажа, В.М. Малыхин, С.В. Мерисов, Б.А. Пугачёв, А.Т. Хаджай, Г.Я. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов |
| title_alt | Особливості структури та властивостей Ti-Zr-Ni-квазікристалів Structure and properties features of Ti-Zr-Ni-quasicrystals |
| title_full | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов |
| title_fullStr | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов |
| title_full_unstemmed | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов |
| title_short | Особенности структуры и свойств Ti-Zr-Ni-квазикристаллов |
| title_sort | особенности структуры и свойств ti-zr-ni-квазикристаллов |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90720 |
| work_keys_str_mv | AT ažažavm osobennostistrukturyisvoistvtizrnikvazikristallov AT malyhinsv osobennostistrukturyisvoistvtizrnikvazikristallov AT merisovba osobennostistrukturyisvoistvtizrnikvazikristallov AT pugačevat osobennostistrukturyisvoistvtizrnikvazikristallov AT hadžaigâ osobennostistrukturyisvoistvtizrnikvazikristallov AT ažažavm osoblivostístrukturitavlastivosteitizrnikvazíkristalív AT malyhinsv osoblivostístrukturitavlastivosteitizrnikvazíkristalív AT merisovba osoblivostístrukturitavlastivosteitizrnikvazíkristalív AT pugačevat osoblivostístrukturitavlastivosteitizrnikvazíkristalív AT hadžaigâ osoblivostístrukturitavlastivosteitizrnikvazíkristalív AT ažažavm structureandpropertiesfeaturesoftizrniquasicrystals AT malyhinsv structureandpropertiesfeaturesoftizrniquasicrystals AT merisovba structureandpropertiesfeaturesoftizrniquasicrystals AT pugačevat structureandpropertiesfeaturesoftizrniquasicrystals AT hadžaigâ structureandpropertiesfeaturesoftizrniquasicrystals |