Воздействие водородосодержащей среды на механические свойства ленточных металлических стекол Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.3

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЕНТОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ

© А.В. Яковлев, Т.Н. Плужникова, Ю.В. Черемисина, С.В. Васильева,

В.А. Федоров, Д.А. Колесников1*, О.Н. Марадудина1'

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: [email protected] 1 Центр коллективного пользования научным оборудованием Белгородского государственного университета «Диагностика структуры и свойств наноматериалов», г. Белгород, Россия

Ключевые слова: водородосодержащая среда; металлическое стекло; пластичность; отжиг; температура отжига; свободный объем.

Исследовано изменение пластичности металлических стекол под действием наводороживания.

Повышение надежности и увеличение сроков эксплуатации изделий из металлических стекол (МС) находятся в прямой зависимости от содержания вредных примесей. Одной из них является водород, который может попадать в материал не только на всех этапах технологической цепи изготовления, но и в процессе дальнейшей эксплуатации изделий, снижая технологические свойства. Аморфные сплавы проявляют заметную чувствительность к охрупчивающему воздействию водорода и жидких сред [1-2]. В работе исследовано воздействие водородосодержащей среды на механические свойства металлических стекол. Для проведения исследований использовали ленты аморфного металлического сплава на основе Со с различным его содержанием, полученные методом спиннингования, толщиной 20 мкм и шириной 3,5 мм, из которых вырезались образцы длиной 15 мм. Ленточные металлические стекла подвергали изохронному отжигу в печи при заданных температурах с временем выдержки 10 минут в массивных стабилизирующих пластинах. Методом на изгиб исследовался характер изменения пластичности МС в зависимости от температуры отжига. Меру пластичности оценивали из выражения: е = h /(D - h) , где h = 20 мкм - толщина ленты, D - расстояние между параллельными пластинами, при котором изогнутый образец разрушался. Для наводороживания использовались растворы NaCE (50 г/л) + H2S (100 мг/л) и NaCE (50 г/л) + H2S (400 мг/л). Образцы после отжига выдерживали в растворах 24 часа. Элементный состав сплавов определялся с помощью растрового ионно-электронного микроскопа Quanta 200 3D.

Разрушение материала возможно вследствие изменения свойств материала при воздействии водорода на приповерхностный слой материала. Вследствие действия водородной среды образцы МС приобретают черный цвет (соединение FeS). Сравнивая элементный состав, полученный с помощью растрового ионноэлектронного микроскопа Quanta 3D, контрольных об-

разцов сплава АМАГ 180 (80 % Со) и наводороженных образцов, видно, что наблюдается выделение элементов серы, кислорода и углерода. Сера, вступая в соединение с железом, которое содержится во всех лентах аморфных сплавов, образует сульфидную (черную) пленку на поверхности МС. Установлено, что пластичность металлического стекла подверженная действию водородной среды ниже, чем пластичность отожженных образцов при той же температуре. Температура начала падения пластичности снижена на ~ 50 К. Пластичность падает в среднем на 20 % до определенной температуры, далее наблюдается рост пластичности до значений соответствующих значениям пластичности отожженных образцов. Известно, что при отжиге металлических стекол уменьшается свободный объем, за счет существования которого происходит наводороживание. При отжиге свободный объем уменьшается, вследствие чего снижается наводороживание. Именно с этим может быть связано увеличение пластичности аморфного металлического сплава после отжига при температурах выше 950 К. При больших температурах, начиная с температуры Т = 773 К, изменение пластичности не зависит от концентрации сероводорода. Далее было исследовано влияние водородосодержащей среды на сплавы с другим содержанием кобальта. Полученные зависимости представлены на рис. 1.

Видно, что пластичность сплава с 72 % содержанием кобальта, подверженного действию водородосодержащей среды, ниже пластичности просто отожженных образцов при той же температуре. Установлено, что водородосодержащая среда влияет на пластичность МС АМАГ 183 (83 % Со) в определенном интервале температур отжига (575-725 К). Если сравнить данные о сплаве АМАГ 183 (83 % Со) с данными о сплаве АМАГ 186 (86 % Со), то заметим, что влияние водородосодержащей среды на пластичность металлического стекла прослеживается в более широком интервале температур (625-825 К).

в)

Рис. 1. Зависимость пластичности от температуры отжига (10 мин) для сплава: а) Со-Ре-Мп-8ьСг-В-№ (72% Со), б) Со-Ре-Мп-8ь Сг-В (83% Со), в)Со-Ре-Мп-8ьСг-В (86% Со); 1 - без коррозионной среды; 2 - коррозионная среда МЛСБ+И28 (400 мг/л)

Таким образом, действие водородосодержащей среды на отожженные образцы МС на основе кобальта приводит к снижению пластичности, к уменьшению температуры начала падения пластичности, что связано с проникновением водорода вглубь материала за счет существования свободного объема. При отжиге свободный объем уменьшается, вследствие чего снижается наводороживание, это является причиной роста пластичности к значениям, соответствующим отожженным образцам, не подверженным наводороживанию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бречко Т.М., Скрябина Н.Е., Спивак Л.В., Брамович М.Я. Доменная структура и эффект Баркгаузена в аморфном сплаве Ее78Б128І9№1 // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 9. С. 68-72.

2. Спивак Л.В., Хоник В.А. О природе низкотемпературных аномалий неупругих свойств металлических стекол // ЖТФ. 1997. Т. 67. № 10. С. 35-46.

БЛАГОДАРНОСТИ: 1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».

2. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментального исследования (грант №09-01-97514 р_центр_а).

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Yakovlev A.V., Pluzhnikova T. N., Cheremisina Yu.V., Vasilyeva S.V., Fedorov V.A., Kolesnikov D.A., Maradudina O.N. The influence of hydrogenous environment on mechanical properties of tape metallic glasses.

Change of plasticity metal glasses under action hydrogen saturation is investigated.

Key words: hydrogenous environment; metallic glass; plasticity; annealing; annealing temperature; free volume.