Особенности релаксации электросопротивления исходных и деформированных образцов металлического стекла Pd40Cu40P20 Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

ОСОБЕННОСТИ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ИСХОДНЫХ И ДЕФОРМИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕКЛА Pd40Cu40P20

© С.В. Хоник1', А.В. Лысенко2*, А. С. Макаров1'

воронежский государственный университет, г. Воронеж, Россия, 2)Воронежский государственный педагогический университет, г. Воронеж, Россия,

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: металлические стекла; структурная релаксация; электросопротивление; деформация.

Посредством измерения электросопротивления исследовано влияние гетерогенной деформации на особенности структурной релаксации металлического стекла Р4(0Си40Р20 в процессе циклических нагревов-охлаждений с последовательно повышающейся максимальной температурой нагрева.

Металлические стекла (МС), полученные путем быстрой закалки расплава, представляют собой неравновесные системы, обладающие избыточной свободной энергией Гиббса по сравнению с соответствующим кристаллическим состоянием. Термодинамическая неравновесность МС является причиной атомной перестройки структуры в сторону большего порядка. Такая самопроизвольная эволюция системы получила собирательное название «структурная релаксация» [1].

В настоящей работе посредством измерения электросопротивления изучены особенности структурной релаксации МС Рф0Си40Р20. Это МС имеет ряд качественных важных отличий от других «типовых» МС (например, от близкого по составу Рф0Си30№10Р20). Так, оно кристаллизуется полиморфно (т. е. без изменения локального химического состава) в тетрагональную фазу Ра2С%Р, что само по себе является редким случаем для металлических стекол. Более того, плотность стекла Р(140Си40Р20 выше плотности соответствующего кристалла. Эта ситуация является уникальной и, насколько известно, в МС других систем не наблюдается.

Исходный сплав приготовлялся прямым сплавлением компонентов двухзонным методом в толстостенной кварцевой ампуле в условиях контролируемого давления фосфора. Полученный сплав далее использовался для приготовления ленты толщиной ~30 мкм стандартным методом одновалкового спинингования со скоростью закалки ~ 106 К/с. Аморфность ленты контролировалась рентгеновской дифрактометрией. Измерения электросопротивления проводились в вакууме 10-3 Па на постоянном токе мультиметром КеНЫеу 2700

стандартным четырехзондовым методом с относительной точностью 10-4 в режиме компенсации паразитных термоЭДС. Температуры стеклования Тё и кристаллизации Тх, определенные методом дифференциальной сканирующей калориметрии, составляли соответственно 530 и 599 К.

Из рис. 1, иллюстрирующего общий характер изменения электросопротивления при изохронном нагреве исходного образца исследуемого МС выше температуры кристаллизации, видно, что кристаллизация сильно влияет на электросопротивление МС, меняя температурный коэффициент с отрицательного значения на положительное.

Дальнейшие исследования проходили в режиме многократных циклических нагревов-охлаждений одного и того же исходного или предварительно деформированного образца МС с последовательно повышающейся максимальной температурой нагрева (373550 К) в пределах аморфного состояния. Гетерогенная деформация образцов осуществлялась посредством холодной прокатки, степень деформации составляла 240 %.

- —-ь.

- т\ Т Pd С 40 р 40 20 -

- т 1 9 V X

-

300 400 500 600 700 800

т, к

Рис. 1. Изменение электросопротивления МС РЛ(0Си40Р20 при нагреве выше температуры кристаллизации. Скорость нагрева и охлаждения 5 К/с. Стрелками показаны калориметрические температуры стеклования и кристаллизации

Т, К

Рис. 2. Зависимость отношения электросопротивления при температуре 293 К после окончания каждого цикла Rrt от максимальной температуры нагрева исходного (initial) и предварительно деформированных (3-38 %) образцов МС Pd4oCU4oP20

На рис. 2 представлены зависимости нормированного электросопротивления (Rrt)/R0, где Rrt - электросопротивление при температуре 293 К по окончании каждого цикла, R0 - исходное сопротивление при 293 К, от максимальной температуры нагрева в каждом цикле. Из рисунка видно наличие трех стадий релаксации. Стадия I заключается в падении величины электросопротивления при комнатной температуре RRt после нагрева до 370-410 К. При дальнейшем нагреве имеет место стадия II, связанная уже с ростом RRt после нагрева до 410-540 К. Далее при повышении максимальной температуры нагрева выше 540 К начинается стадия III, вновь приводящая к падению RRt и непрерывно переходящая в кристаллизацию.

Предварительная гетерогенная деформация образов исследуемого МС привела к следующим результатам. Малая деформация (2-4 %) привела к неожиданно сильному изменению зависимости (RRt)/R0: незначи-

тельно увеличилось снижение на стадии I, а прирост на стадии II возрос в ~ 5-6 раз. Не менее неожиданным оказался тот факт, что небольшое дальнейшее увеличение степени деформации (до 5 %) привело к заметному падению как снижения (Rrt)/R0 на стадии I, так и прироста (RRt)/R0 на стадии II. При увеличении степени деформации (5-26 %) наблюдается снова тенденция к возрастанию величины (RRt)/R0 на стадии II (максимально (RRt)/R0 возросло в 2 раза относительно исходного при степени деформации 26 %). Большее увеличение степени деформации (38 %) привело к падению прироста (RRt)/R0 на стадии II ниже уровня исходного образца.

Подчеркнем, что подобный характер релаксации электросопротивления наблюдался при аналогичных исследованиях близкого по составу МС Pd40Cu30Ni10P20. Схожесть особенностей релаксации двух столь сильно отличающихся по величине концентрации избыточного свободного объема МС дает основания предполагать наличие одинаковых атомных механизмов структурной релаксации, не связанных с аннигиляцией свободного объема.

ЛИТЕРАТУРА

1. SafarikD.J., Schwarz R.B. // Acta Mater. 2007. V. 55. Р. 5736.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по грантам 09-02-01236 и 10-02-00502.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Khonik S.V., Lysenko A.V., Makarov A.S. Peculiarities of electrical resistance relaxation character for initial and deformed Pd4oCu4oP2o metallic glass.

The influence of heterogeneous deformation on peculiarities of structural relaxation of metallic glass Pd40Cu40P20 was investigated by means of electrical resistance measurements during the process of cyclical heat-cooling with sequentially rising maximum temperature of heat.

Key words: metallic glasses; structural relaxation; electrical resistance; deformation.