Свойства аморфных сплавов. Магнитные свойства

Сплавы на основе железа характеризуются высокой магнитной индукцией насыщения (B_s = 1,5 – 1,6 Тл) и низкими потерями на перемагничивание при обычных и повышенных частотах (таблица 12.1).

Высококобальтовые сплавы обладают магнитострикцией, близкой к нулю. Основным достоинством этой группы АМС являются высокие магнитные свойства в полях с малой коэрцитивной силой, соответствующие уровню этих свойств в лучших пермаллоях.

Магнитные свойства АМС на основе кобальта приведены в таблице 12.2.

РАЗДЕЛ 12.3.4

Свойства аморфных сплавов. Коррозионные свойства аморфных сплавов

Аморфные сплавы на основе железа и никеля, содержащие хром, обладают необычайно высоким сопротивлением коррозии в самых различных коррозионно-агрессивных средах.

На рисунке 12.5 представлены скорости коррозии кристаллических образцов хромистых сталей и аморфных сплавов Fe_(80-х)Cr_х Р₁₃С₇, определенные по потере массы образцов, выдержанных в концентрированном растворе NaCl.

Рисунок 12.5 – Влияние содержания хрома на скорость коррозии аморфного сплава Fe_(80-x)Cr_xP₁₃C₇ (1) и кристаллического Fe – Cr (2) в 1н. NaCl при 30^оС

Аморфный сплав, не содержащий хрома, корродирует быстрее, чем кристаллическое железо, однако по мере увеличения содержания хрома скорость коррозии аморфного сплава резко снижается и при содержании 8 % (ат.) Сr и более не фиксируется микровесами после выдержки в течение 168 ч. Коррозионная стойкость сплавов с содержанием хрома выше 8 % (ат.) на несколько порядков превышает стойкость классических коррозионностойких сталей.

Аморфные сплавы практически не подвержены питтинговой коррозии, даже в случае анодной поляризации в соляной кислоте.

Высокая стойкость против коррозии обусловлена образованием на по-верхности пассивирующих пленок, обладающих высокими защитными свойствами, высокой степенью однородности и быстротой образования. Помимо хрома повышению коррозионной стойкости способствует введение фосфора. В пленке высокохромистых кристаллических сталей всегда присутствуют микропоры, которые со временем преобразуются в очаги коррозии. На аморфных сплавах, содержащих определенное количество хрома и фосфора, пассивирующая пленка высокой степени однородности может образоваться даже в 1 н. НС1. Образование однородной пассивирующей пленки обеспечивается химической и структурной однородностью аморфной фазы, лишенной кристаллических дефектов, таких как выделения избыточной фазы, сегрегационные образования и границы зерен.

Сплав Fe₄₅Cr₂₅Mo₁₀P₁₃C₇, пассивируясь даже в таком концентрированном растворе, как 12 н. раствор соляной кислоты при 60°С, вообще почти не корродирует. По своей коррозионной стойкости этот сплав превосходит даже металлический тантал.

РАЗДЕЛ 12.4

Нанокристаллические сплавы

Нанокристаллические сплавы (НКС) представляют собой сплавы со смешанной аморфно-кристаллической структурой. Такая структура может состоять из кристаллов твердого раствора кремния в a-Fe размером 10 – 20 нм (нанокристаллы) и аморфной фазы, образующей тонкую (в несколько атомных слоев) оболочку вокруг этих кристаллитов.

Для нанокристаллических сплавов Fe_73,5Cu₁Nb₃Si_13,5B₉, получивших за рубежом название Finimet, характерно сочетание высоких значений магнитной индукции B_s > 1,2 Тл с гистерезисными магнитными свойствами на уровне магнитомягких кристаллических и аморфных сплавов (M_нач = 10⁵).

Нанокристаллы твердого раствора кремния в a-Fe содержат около 18 – 20 % (ат.) кремния, причем твердый раствор находится в частично упорядоченном состоянии. После оптимальной с точки зрения магнитных свойств термической обработки (отжиг при 530 – 550°С в течение 1 ч) объемная доля аморфной фазы составляет 20 – 40 %. Эта фаза обогащена Nb, Сu и В по сравнению с составом исходного аморфного сплава.

По сравнению с другими нанокристаллическими сплавами у сплава Finemet самые лучшие магнитные свойства, он производится и используется в промышленных масштабах. Отечественной промышленностью выпускается сплав 5БДСР примерно такого же химического состава.

В Японии НКС с высокими свойствами выпускаются в виде ленты толщиной до 40 мкм и шириной 0,5 – 100 мм и маркируются FT-I. Составы этих сплавов отвечают формуле Fe_(74,5-х)Cu_хNb₃Si_13,5B₉. Магнитные свойства этих сплавов приведены в таблице 12.3.

НКС применяют в сердечниках силовых и измерительных трансформаторов тока промышленной и повышенной частот (50 – 100 кГц), импульсных высокочастотных трансформаторов, роторов электродвигателей, датчиках, переключателях и других устройствах, основными требованиями к которым являются большая индукция насыщения, малые потери на перемагничивание, высокие значения проницаемости.

Нанокристаллические материалы обладают высокой коррозионной стойкостью. Опыты показали, что обычные углеродистые стали в наноструктурном состоянии обладают более высокими антикоррозионными свойствами, чем специальные нержавеющие стали. Наноструктурный нитинол демонстрирует исключительную сверхупругость и эффект памяти формы. Свойства магнито-твердых и магнитомягких материалов значительно превышают характеристики аналогов в обычной кристаллической форме.

Особый интерес представляют механические свойства объемных наноструктурных материалов. Уменьшение размера зерна металла с 10 мкм до 10 нм дает повышение прочности примерно в 30 раз. Кроме того, возможно появление низкотемпературной и высокоскоростной сверхпластичности.

РАЗДЕЛ 12.5