КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-79-00293
НазваниеСтруктура и магнитные свойства аморфных материалов на основе сплавов системы Fe-Co-Cr-Si-B
РуководительЗанаева Эржена Нимаевна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2022 - 06.2024 |
Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-203 - Фазовые равновесия и превращения
Ключевые словааморфные сплавы, фазовые превращения, структура, кристаллизация, рентгеновская дифракция, просвечивающая электронная микроскопия, магнитные свойства
Код ГРНТИ53.49.05
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработка отечественных конкурентоспособных наноструктурированных магнитотвердых материалов с повышенными функциональными и эксплуатационными характеристиками существенно повлияет на развитие приборостроения. Аморфное состояние металлических материалов является метастабильным состоянием структуры, использование данного состояния в качестве исходного для сплавов системы Fe-Co-Cr-B-Si, позволит расширить возможности варьирования комплекса характеристик сплавов. Для кристаллических сплавов системы Fe-Co-Cr характерно формирование комплексной структуры в результате фазового расслоения при термообработке. В результате упорядочения сплавы состоят из двух или более фаз, обеспечивая тем самым набор высоких магнитотвердых характеристик. Аморфная структура быстрозакаленных металлических лент является оптимальной для получения на ее основе нанокристаллических материалов, обладающих повышенным уровнем функциональных свойств в сравнении с кристаллическими аналогами. В проекте предлагается использование сплавов системы Fe-Co-Cr с добавками элементов-аморфизаторов B и Si, для получения нанокристаллической комплексной структуры, содержащей ферромагнитную упорядоченную фазу FeCo и парамагнитную фазу на основе FeCr. Технологичность постоянных магнитов на основе системы Fe-Co-Cr значительно повысится за счет использования аморфного состояния в качестве исходного, для формирования многофазной концентрационно-неоднородной структуры сплавов. В отличии от технологий термомагнитной и термомеханической обработки, применяемой к кристаллическим гребневым сплавам, формирование упорядоченных фаз из аморфной матрицы происходит легче и не требует сложной технологической схемы отжигов и деформации - удешевление производства.
Проект направлен на решение проблемы разработки новых прецизионных материалов. В результате выполнения проекта будут получены научные основы формирования комплексной многофазной структуры, содержащей ферромагнитную упорядоченную фазу FeCo и парамагнитную фазу, обогащенную Cr, из аморфного состояния сплава, концентрационные и структурные зависимости магнитных свойств сплавов в различных состояниях. Внедрение разработанных материалов на уже имеющиеся в РФ производства аморфных сплавов повысит эффективность работы электроустройств.
Для выполнения проекта планируется привлечение одного аспиранта НИТУ «МИСиС» очной формы обучения.
Ожидаемые результаты
По результатам выполнения проекта будут получены новые научные знания о процессе формирования комплексной двухфазной структуры, содержащей ферромагнитную упорядоченную фазу FeCo и парамагнитную фазу, обогащенную Cr, из аморфного состояния сплава, оптимальные режимы термической, деформационной и комплексных обработок, способствующих как можно более быстрому формированию нанокристаллической структуры, зависимости магнитных свойств полученных материалов от режимов обработок. Разработаны новые магнитотвердые материалы, являющиеся заменой используемых в промышленности постоянных магнитов на основе дорогостоящих и дефицитных редкоземельных металлов, магнитотвердых кристаллических и порошковых "гребневых" сплавов. Применение современных методов исследования структуры и свойств, включающих детальный анализ микроструктуры методами рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии, современных методов измерения физических свойств позволят получить заявленный результат и разработать прототипы новых материалов, уменьшив число технологических операций конечных материалов и обеспечив высокий технический уровень исследования, а также высокую научную значимость по результатам проекта.
Полученные результаты будут опубликованы в не менее чем в 2 статьях в высокорейтинговых журналах Web of Science и Scopus, из которых не менее 1 одной входящей в Q1 WoS/Scopus, представлен не менее 1 устного доклада на конференции.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В работе получены образцы сплавов (Fe62Cr24Co14)76+xB23-xSi1 (ат. %), где x= 0, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Сплавы выплавляли из чистых компонентов в электродуговой печи. Далее методом быстрой закалки на вращающемся медном диске получали образцы металлических лент различной толщины. Линейная скорость вращения диска-кристаллизатора варьировалась от 15 до 40 м/с. Структура образцов была исследована методом рентгеновской дифрактометрии, в монохроматическом CuKα-излучении на дифрактометре Bruker D8 Advance с установленным монохроматором на отраженном пучке. Микроструктура образцов лент была исследована с применением просвечивающей электронной микроскопии, на микроскопе Zeiss Libra 200 при сканировании в режимах темного поля, высокого разрешения и микродифракции. Характеристические температуры сплавов определяли по термограммам сплавов, полученным методом дифференциальной сканирующей калориметрии при скорости нагрева 40 ᵒ/мин на калориметре Setaram Labsys в атмосфере аргона. Магнитные характеристики при комнатной температуре измеряли на навесках лент методом вибрационной магнитометрии в максимальном поле электромагнита 500 кА/м на магнитометре VSM-130.
По данным рентгенофазового анализа, установлено, что критическая толщина ленты увеличивается с увеличением содержания бора в составе, и составляет для сплавов с х=0 и 2 – 40 мкм, а для сплавов с x=9 и 10 – меньше 20 мкм. По результатам термического анализа и анализа фазового состава образцов сплавов в различных состояниях, показано, что с увеличением содержания бора в составе сплавов изменяется механизм кристаллизации сплавов - с первичной кристаллизации α-твердого раствора на эвтектический, в результате которого образуется наноразмерная смесь α-твердого раствора и высокотемпературной метастабильной фазы (Fe,Cr)3B, стабильной до температуры 750 °С.
С использованием методов просвечивающей электронной микроскопии получены изображения структуры сплава с х= 6, после нагрева до 600 °С и обладающего удельной магнитной энергией 3,98 Дж/м3. Из анализа изображений получено, в структуре сплава отсутствует аморфная фаза, что указывает на полное прохождение процессов кристаллизации за одну эвтектическую реакцию. Структура сплава представляет собой мелкодисперсную смесь кристаллов α-твердого раствора и боридов (Fe,Cr)3B, в которой кристаллы имеют форму близкую к равноосной со средним размером 25 нм.
Установлено, что в состоянии после закалки сплавы парамагнитны, затем, в процессе кристаллизации аморфной фазы формирование наноразмерной эвтектической смеси [α + (Fe,Cr)3B] является причиной получения высококоэрцитивного состояния в быстрозакаленных сплавах на основе системы Fe-Co-Cr, легированных Si и B, с удельной магнитной энергией 1,68 - 4,70 Дж/м3.
Таким образом, получено, что для получения материалов с высоким комплексом магнитотвердых свойств наиболее перспективными являются аморфные сплавы (Fe62Cr24Co14)76+xB23-xSi1, содержащие в своем составе от 80 (x=4) до 85 (x=9) ат% металлов.
Публикации
1. Э. Н. Занаева, А. И. Базлов, Е. В. Убыйвовк, Д. А. Милькова Аморфные сплавы системы Fe-Co-Cr-B-Si для разработки наноструктурированных магнитотвердых материалов Физика металлов и металловедение, 2023, № 6, T. 124, стр. 453-459 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0015323023600508