Темір-алюминий-берилий ж‰йесіндегі фазалыќ µзгерту



жүктеу 0.79 Mb.
бет1/3
Дата26.08.2018
өлшемі0.79 Mb.
  1   2   3




Кіріспе
Металл құрамдары анықтауда әртүрлі кең әдістерді пайдалана отырып, иондардың бөлініп шығу нәтижелерінің жетістіктерін ашуды мақсат ету. Бекіту нәтижесінде сыртқы қабаттары кристалдық құрылыспен құрылған материялды термиялық алаңда фазалардың жұмыс істеу кезеңдерін өткізе отырып қорытындыға келу мақсаты.

Бұл бағыт фазалардың іске қосылуы нәтижесінде атомның сыртқы және ішкі құрылымдарын анықтайд [2]. Әдістерді талдау барысында жақсы көрсеткіштерге қол жетіп, маңызды тапсырмаларды шешу практика жүзінде іске асырудың дәл нүктесі болып есептелінеді.

Қазіргі уақытта ядролық физика институтында ізденістер жүргізілуде. Ол темірдің түрлі қабаттарынан термиялық заттардың бөлінуін анықтап көрсету.

Бұндай маңызды жаңалықтарды темір- берилий қоспасы мен темір- алюминий қоспаларынан құрылысы үш түрлі құрамды білуге қызығушылықты тудырып, ғылыми және практикалық жұмыстарға жол ашуда.

Мессбауерлік спектроскопия әдісінің күшті арсеналы бізге қорғаныштық бетті алу процесінде фаза түзу процесінің кинетикасын зерттеуге мүмкіндік береді.

Осы жұмыста рентгендік- құрылымдық талдау жасау арқылы мессбауерлік спектроскопия әдісі көмегімен алғаш рет беттегі және иондық- плазмалық тұндыру әдісімен алынған алюминий жабыны бар - темір көлеміндегі кең концентрациялық аралықтағы фазалық өзгерулер мен жылумен индуцияланған диффузиялар зерттелген. Зерттеу барысында темір- алюминий-бериллий қабатты жүйесінде пайда болатын фазалардың пайда болу барысындағы және өмір сүруі кезіндегі температуралық жағдайлары анықталған.


1.Темір-алюминий-берилий жүйесіндегі фазалық

өзгерту
1.1 Темір- алюминий жүйесінің фазаларының физикалық және құрылымдық қасиеттері.
Темір- алюминий- берилий жүйесі толықтай зерттеліп біткен жүйелер қатарына жатады. Өткен ғасырда негізінен болаттар мен алюминий қосылған қорытпалар көп қызығушылық туғызады. Сондықтан барлық күш темір жақтағы күй диаграммасын құруға жұмсалған [2,11]. Соңғы жылдары жоғары физикалық-химиялық қасиеттерге ие алюминий қорытпаларын іздеуге байланысты концентрацияның барлық ауданындағы диаграммаларды зерттеуге көп уақыт бөлген.

Темірдегі алюминидің қатты ерітіндісінің Fe(A1) өзінің өмір сүру аймағында A=2 элементтер ұяшығында екі атомы бар (Oh9) ОЦК құрылымы бар. A1 концентрациясының 18-ден 20-ға ат. % дейінгі ауқымында Fe13A113 фазасы бар К- күйі, яғни қатты ерітіндінің өзіне тән қатпарлануы байқалады. Осы фазада сонымен бірге темір атомдарының орнының екі түрі бар: темір атомдарының бір тобында бірінші координациялық сферада темірдің 8 атомы және екінші координациялық сферада алюминидің 6 атомы болса, темірдің басқа бір тобында жақын аралықтағы темірдің 5 атомы мен алюминидің 3 атомы және келесі координациялық сферада алюминийдің 6 атомы бар болу мүмкін [31].

Fe3A1 төменгі температуралы фаза болып табылады. Ол бірінші реттік реттеу реакциясына сәйкес FeA1 (a12) фазасынан A1 26.5% (ат.) және 552 G пайда болады. Бұл нүкте Кюридің екілік нүктесі деп аталады, себебі оның құрамында феромагниттік α- фаза және парамагниттік Fe3 қатар өмір сүреді. Фазасының өмір сүру аймағында Tкг=590 G Курнаковтың төменгі нүктесі болу керек.
Кесте 1.1- Бізге зерттеу нәтижесінде түсіндіру мен талдау үшін қажет бинарлы жүйенің фазаларының қасиеттері мен құрылымдық негізгі ерекшеліктері көрсетілген.


Фаза


Хим. Форм.

Құрылым

Ескерту


K1

K2

Fe(Al)

о.ц.к., А=2,

Im3m, O9h



ферромагнеттік 6120СТс 7700С

ферромагнеттік

парамагнеттік





Fe3Al



О.ц.к., DO3(BiF3),

M=4, O5h , Fm3m




-23-30ат.%Al

ферромагнеттік

-30-36ат.%Al

парамагнеттік



(в)

(н)





FeAl


о.ц.к., B2(CsCl),

M=1, O1h , Pm3m




парамагнеттік және

ферромагнеттік





FeAl2

Ромбоэдриндік


парамагнеттік



Fe2Al5

Ромбоэдриндік

парамагнеттік



FeAl3

Моноклиндік

парамагнеттік






Гексагональдік

парамагнеттік



FeAl6



Ромбдік

(MnAl6),D172h,

Ccmm

парамагнеттік





Al(Fe)

Г.ц.к., (типі Cu),

A=4, O5h , Fm3m



парамагнеттік




- Fe

Г.ц.к., (типі Cu),

A=4, O5h , Fm3m



парамагнеттік


Fe3А1 Қосылысында М=4 элементар ұяшығында төрт формулалық бірлігі бар DO3(Bi F3) (пр. гр. Oh5, Fm Зm)ОЦК кристалды құрылымы бар, Fe3А1 құрамында А және Д деп берілген екі торшық (подрешетка) бар. А торшығындағы түйіндерді Fe атомдары жайласа, D торшығының түйіндерінде Fe және А1 атомдары шашылып орналасқан [30].

Тепе-теңдік күйде бөлме температурасында Fe3А1 фазасының элементар ұяшығы α, β және γ орын типтері белгіленген үш тәуелсіз торшықтан құралған да болуы мүмкін, мұнда α және γ темір атомдары жайласа, β-алюминий атомдарының орны болып табылады [8]. Алюминийдің концентрациясының 23-30 ат. % А1 болғанда, Fe3А1- парамагнетик болып келеді. Fe3А1 интерметаллитінде темір атомдарының 2 түрі бар: темір атомдарының бірінші түрінде темірдің жақын аралығында 8 атом және екінші координациялық сферасында алюминийдің 6 атомы бар болса, темірдің басқа түрінде бірінші координациялық сферасында темірдің 4 атомы және алюминийдің 4 атомы және екінші координациялық сферада 6 атом бар болады [12].

FeА1 қосылысы М=1 элементар ұяшығындағы бір формулалық бірлігі бар B2 (GS G1), (пр. гр. Oh1, Pm Зm ) типті ОЦК реттелген құрылымы болып табылады. Бұл құрылым екі бір-біріне кіріп тұратын қарапайым кубтық тордан құралған. Тордың біреуі таза темір болса, екіншісі таза алюминийден болады. Бір түйіндері екінші тордың ортасындағы жағында орналасады α2 Фазалы екі полиморфты жоғары және төменгі температуралы өзгерістерде өмір сүреді:

Α2 (b)- α2 (H) Қорытпасының өзгерісі 803 С температурада 51%(ат.) А1 болғанда байқалады және 1.1 суретке сәйкес құрамындағы темір көбейген сайын аздан азаяды. Tk1=890 C Курнаковтың жоғарғы нүктесі Fe(A1) толық реттелмеген фазадан жоғары температуралар аймағындағы типті жалған реттелген фазаға фазалық өту болып табылады.

B2 Fe(1+c)/2 A1(1-c)/2 (мұнда 0≤ C≤ 0,4) реттелген құрылымы, нестехнометриялық құрамы бар реттелген қорытпаларды екі бір-біріне еніп тұратын қарапайым кубтық торшық ретінде қарастыруға болады. Торшықтың біреуі таза темірге сәйкес болса, екіншісі Fec A1(1-c) құралының кубтық торшықпен қорытпасына сәйкестенеді [31]. Cs Cl типті кубтық құрылымды фазалар металдық қорытпалардағы ең көп таралған, реттелген фаза болып табылады. Олар периодтық жүйенің 1- 4 в топтарының 5- 6 а элементтері мен 8 топтың элементтерінің қорытпаларында кездеседі. Сондай-ақ, В2- фазаларының 8 топтың элементтері арасында да кездесуі мүмкін. В2- фазалар қорытпаларды кристалдау нәтижесінде пайда болады. Оларға қорытудың конгруэнтті түрі тән, яғни бұл кезде сұйық және қатты фазалардың құрамы бірдей болады [13].

FeA12 фазаның құрамы күрделі ромбоэдрикалық болып келеді және ол өзінің өмір сүру аймағында парамагнитті болады . Бұл фаза Лавес фазасы деп аталатын химиялық қосылыстар фазасы. Оның стехнометриялық формуласы AB2, мұнда Fe және Al элементтерінің атомдарының диаметрлерінің қатынасы 1,13 тең болады [6]. Fe2A15 Ромбодриялық құралды интерметалды қосылысы жоғарғы реттегі алюмидтер қатарынан болып саналады.

Алюминиге бай FeA13 интерметалды фазаның құрамы бірсыналық болып табылады. ε –жоғары температуралы фазасы электронды қосылыстарға жатады, сонымен қатар атом саны валентті электрон санына қатынасы 7/4 болатын Юм - Розери фазасы болып келеді. Оның параметрлері FeA12 параметрлеріне өте ұқсас гексагональды торы бар.

FeAl6 кристалды парамагнитті фазасының Mn Al6 ( пр. гр.D2h17,Ccmm) ромб типтес элементарлы ұяшығы бар. Бұл фаза тұрақты емес, яғни ол өңдеу жағдайына толық тәуелді [24]. Al(Fe) aлюминийдегі темірдің қатты ерітіндісі өзінің өмір сүру аймағында парамагнитті және құрамында А=4 элементарлы ұяшығында 4 атомы бар Cu ( пр. гр.O5h Fm Зm) типті ГЦК бар.





Al, % (масса бойынша)

сурет 1.1-Fe-A1 жүйесі жағдайының диаграммасы.
Fe-A1 бинарлы жүйесінде, сонымен қатар әр түрлі құрамды аралық метатұрақты фазалар пайда болады. Сондай фазаның бірі торының параметрі a=0,880 нм, b=2,27 нм , көлемді, орталықтандырылған, тетрагональды құрылымды FeAl кристалды фазасы[27]. Бірсыналық торы бар Fe4A113 кристалды фазасы да осы топқа жатады. Оның қабатты құрылымы ромбтың құраушыларға бөлініп кете алады. Он бұрышты құрылымдық бірлігі бар фазалар анықталған. Бұл фазалардың құрамы Fe4A113 квазикристалдық фазасының құрамына өте ұқсас болып келеді. Сонымен қатар бесінші реттік симметриялы Fe10 Al90 Fe12 Al88 Fe14 Al86 сияқты пайда болуы да әбден мүмкін. Олардың құрылымдық бірлігі темірдің 12 атомы бар және алюминийдің 42 атомы бар Маккей жиырмажағы болып табылады [7].
1.2. Темір берилий жүйесі.
Эстерхильд 1916 жылы [25] Микроскоп пен термиялық бақылау қорытындысы бойынша темірдің бай ерітінділерін алу қатары туралы бірінші мағлұматты жариялады. Бұл жұмыстың қорытындысында 62% атом құрылымнан тұратын кристалдық ерітінділерді анықтап өзінің жұмысының ізденіс қорытындысын көрсетті. Қышқылдар мен ерітінділер қатарында анықталған келесі ізденістер ерітінділердің магниттік қызуына айналуын мынадай дәрежемен көрсетеді.

a-β (T=1155C, CBe= 9,2 масс%)

1929 жылы Кроль [26] темірдің негізгі балқуының көптеген бөліктерінің берилийдің құрайтынын анықтап, оның құрамын және шартты түрде қызу тазалығынан өткізуді анық оқытты.

Эстерхильд пен Крольдің жұмыстарын дәл анықтап келесі ізденістерге жол ашылды ( мысалы,[11,14,19]).

Сурет 1.2-де Бинарлық жағдай құрылымының диаграммасы келтірілген. Ол Fe-Be-ң негізгі құрылымдық реттерін көрсетеді. Берилий ерітіндісі темірде кристалдық құрылымды құрайды. Және темір қалдықтарының Кюри болжаған 645 С-770 С-да жоғарғы температурамен балқытылған берилий қалдықтары мен бір –бірімен байланыстылығынан көрсетті. Еріген берилийдің қаодықтары 21% 860 С температурада қозғалысқа түседі.

Темір ерітіндісі берилий кристалдық құрылымдардан тұрады, олар парамагнит деп аталады. Ерітіндідегі темірдің маңызы Be (Fe) 850˚С 0,2% құрайды. Бинарлық жүйеде өз құрамында көптеген жаңа металдар қоспасынан құралады.

Fe Be2 Fe Be5 және Fe Bex [3,11, 19, ] (1.2 сур).

Fe Bе қоспасы кристалдық құрылымнан тұрады.

Ол Mg Zn2 –ферромагниттерден.

Бұдан 67-79% -ке дейін гемоген құрайды. Сондықтан келешекте қолданамыз.

Fe Be2+б (0≤ δ ≤1,8) реті
Ве-дің массалық жиынтығы пайыз есебімен.

Ве % есебімен атомдық құрылымы.

Сурет 1.2-Fe-Be бинарлық жүйесінің күй диаграмасы

Кесте 1.2- Fe –Be бинарлық жүйесінің фазаларының негізгі құрылымдық сипаттамалары және қасиеттері.





Фаза

Хим.

форм.


FeBex

x


Fe100-yBey

y


Құрылымы

Ескерту



Fe(Be)

860С

0,27


при 1165С

0,49


при 860С

21

при 1165С



33

ОЦК, z=2

Im3m, O9h



Ферромагнеттік

645С£TC£770С

Тa®g=910С




FeBe2+

2¸3,8

67¸79

ГПУ, MgZn2,

P63/mmc, D46h



Ферромагнеттік

300С£TC£645С





FeBe5

4,9¸5,7

при 1200С

4,6¸11,5


83¸85

при 1200С

82¸92


ГЦК, UNi5,

Fm3c, O6h

ГЦК, MgCu5,

Fd3m, O7h



Ферромагнеттік

TC<20С



-

FeBeх

11,2¸11,8

91,8¸92,2

гексагональдік құрылым

парамагнеттік



Be(Fe)

при 850С

499


при 1200С

113


при 850С

99,8


при 1200С

99,12


ГПУ, z=2

P63/mmc, D46h



парамагнеттік

FeBe5 қосылысы, яғни ε–фазасы кристалды кубиктер құрылымын Uni5 -түрінде кеңейтілген топқа Fm 3c [19] келесі анық құрылым түрінде MgCu5 кеңейтілген тобында Fd3m [11].

Ε-фазада Кюри температурасындағы Tc<20С темір бөлме жылулығында парамагнит жағдайында орналасады.
1.3 Берилий- алюминий жүйесі.
Берилий- алюминийдің бинарлық құрылымы көптеген ізденушілерді [11], аз көлемде араласатын және бірігетін немесе тіпті қосылыспайтын ізденістерді оқытып келді.

Сурет 1.3 термиялық және микроскоп арқылы зерттеу қорытындысының интервалдық қатарының диаграммасы көрсеткен.



T,C




1200

1100


-Be

L


1000

900






800

700



660

645

2,5


600

500



Al

-Be

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



400


300

Al Be, ат.% Be

с

урет 1.3-Fe-Al бинарлық жүйесінің диаграммалық көрсеткіші.


Зерттеу барысында балқудың орналасуы екі қатты ерітінді негізінде және анықтады. Көптеген әдебиеттерде эвтетика координатасы бойынша әртүрлі қызулы

қта металдардың ерігіштігі туралы айтылған.


Кесте 1.3- сурет берилий- алюминийдің және алюминий- берилийдің балқу жағдайлары қорытырылған.


Т,С

Ерігішгік, % (ат.)

Be в Al

<500

~0

500

0,005-0,1

600

0,02-0,03

Al в Be

795

0,0340,015

1040

0,100,06

1.4. Берилий- алюминий- темір жүйесі.


Іэдену диаграммасының фазалық бөлігіндe А1-Fe-Be бірқатар аумақты 6% Fe 5% Be қалғанын алюминий қамтиды. Бұл бөлік жүйеде 4 фаза анықталған: алюминий Берилийдің қатты қосымшасы, екі интерметал және 3 дайын құраммен А17-Fe3-Be7 T- фазасы.

Балқу кезеңінде алюминий жанғаннан кейін 23 күнде 600˚C 3 фаза аумағында көрінеді:





  1. (Al)+FeAl+T- фаза (3,5-5,3% Fe және 0,5-2% Be)

  2. (Al)+(Be)+T- фаза (0,6-2,95% Fe және 2,5-4,5%Be)

  3. (Al)+(Be) (0% Fe және 5% Fe)

Алюминийдің және фазасының алатын бумағы өте жіңішке. Al-Fe-Be жүйесінен фазалық диаграммасы қалдықтар аумағында 1000-1800 К санаулы әдіспен тұрғызылған. Негізінен зерттеу қорытындысы 2 түрлі құрылымның термодинамикалық анықтамасын берді.

Зерттеу нәтижесінде иондардың орналасуы, берилий бұрышын оқыту мен жұмыс істеуде құрылымын қолдануды көрсетті[4]. Темір мен алюминий иондары берилийдің монокристалдық құрамын (алюминий мен темірдің) 20% қоспасынан құралған атомдық иондардың бөлініп шығу әдісі бойынша ізденіске өгеріс енгізе отырып изотермиялық жолмен жандыру арқылы байқалады.

Бірнеше қайталап қортытынды жасау арқылы мына құрамдар анықталды.

Be6 FeBe5, AlFeBe5 және 20% Al 8% Be [15].

Ізденіс шағын құрылымды, рентгендік фазада, рентген сәулесінің көмегімен, локальдік химиялық, термиялық әдістерімен және шағын тығыздық фазада өткізіледі.

Барлығы бір-біріне жақын фазаларда Be, Al және AlFeBe5 негізінде көрсетілді.

Лавес фазасы бойынша 2-ші 3-ші құрылым MgCu2 өз құрамына тығыз қосылыстарды ұстады. Бұл қосылыстар 45% темірден, 16% алюминийден берилий көмірдің диаграммасын құрды [14].

Іздену нәтижесі аумағында Al-Fe-Be құрылымында 6% Fe және 5% қалдықтары анықталды.

Шағын құрылымдық қорытындысы бойынша суытылған ерітіндіні құйып алып, оның қатып қалуын, рентгендік құрылымын зерттеу нәтижесінде электролиттік бөлінгіш фазалардың жұмысын көрсетті. Жәй ғана суыту нәтижесінде кристалдық бөлінулер байқалды. Олар FeAl3 және (λ+FeAl3+Be) фазаларын құрады.

600 ˚С қыздырылған ерітіндінің тура салмағының жағдайы λ, FeAl3+Be және T(Al-Fe-Be) болып үш есе қосылыс жасалды. Олар (λ+FeAl3+Be) (λ+FeAl3+Be) (λ+T+Be) (λ+Be) (λ+T). үш еселік қосылыс T(AlBe,Fe) алюминийдің аз ғана құрамын оған жақын қосылысымен толықтырады.

Бұл қосылыстар өзінің күшті сатыда, деңгейге жеткендіктерін байқатады.


1.5. Темір- алюминий- берилий жүйесіне мессбауерлік зерттеулер.
Мессбауерлік зерттеу қортытындылары бойынша жедел ақпарат сыртқы жіңішке параметрлермен ядролық секторлардың 57Fe түрлі фазаларда жұмыс істеуін іздену құрылымының зерттеу нәтижелері болып табылады.

1.5.1. Темір- берилий жүйесі.


Кесте 1.4 мессбауэрдің айтуы бойынша FeBe-ның үй температурасында бинарлық құрылымын анықтаған нәтижесі көрсетеді.

Үй температурасында FeBe2+8 магнитті өрісі кең көлемде қалдықтарды шығарады. Мессбауэрдің бұл ядролық жарығын 57Fe β-фазасында құрамы FeBe2-тұратын магниттік өріс Hn=192кэ-ны құрайды [16]. δ >0 aз ғана магниттік өрісті белгілеп жарықтың мөлшерін азайтады. Мессбауэрдің жарығы 57Fe β-фазасында маңызды мінездеме көрсете алады. δ=0 11-0,21мм/с және квадраттық қосылыстар. Ε=0,18+-0,04 мм/с жәй қозғалыспен құрайды.

Мессбауэрлік ядролық жарық 57Fe ε- фазасында FeBe5 үй жылулығында магниттік құрылымды сақтайды және квадраттық қосылыстарды түзейді. Олар: ε=0,15=-0,01мм/с және: δ=0,19=-0,02 мм/с.

1.5.2. Темір алюминий жүйесін мессбауерлік зерттеулері.


Мессбауерлік спектрдің тәжірибелерін талдау және түсіндіру үшін темір- алюминий жүйесінің түрлі фазаларына жататын ядроларының жіңішке спектрлерінің параметрлері туралы мәлімет қажет. 2 және 3 кестелерде осы жүйенің түрлі фазаларындағы мессбауерлік спектрлердің жіңішке параметрлерінің мәні берілген.
Кесте 1.4-Fe-A1 жүйесінің кейбір аралық фазаларының мессбауерлік параметрлері.


Фаза

Изометрлік

жылжу, мм/с



Құрылым

Кварупольдік

Жылжу мм/с



Сызық ені, мм/с

FeA16

0,223

Квазикристалды

0,288

0,27

Fe4A113

0,220

0,227


Квазикристалды

0,122

0,431


0,228

0,263


Fe12A188

0,19

Икосаэдр

0,39

0,35

Fe 14A186

0,19

Икосаэдр

0,38

0,35

Fe10A190

0,19

Икосаэдр

0,39

0,35

FeA1m

0,19

m- фаза Fe A1

0,34

0,34

Кесте 1.5- Fe-Al жүйесінің фазаларының мессбауерлік параметрлері.



Фаза

Стехиометриялық формула

Изометрлік жылжу, мм/с

Кварупольдік жылжу, мм/с

Сызық ені, мм/с

Магнит өрісінің эффективтілігі,

кЭ


Γ

Γ- Fe

0,02

0

0,39

0

α

K1

K2

Fe(A1)


0,43

0

0,25


He(4)=210
He(8)=294





Fe3 (A1)*


0,18+-0,02

(A)


0,34+-0,02

(B)








He(4)=215+-3

He(8)=296+-5

He(5)=261

He(3)=167+-10




α2(L)

α2(H)

α2/

Fe(A1)


0,28


0

0,40


0

Η

Fe2(A1)5

0,24

0,46

0,35

0

Φ

FeA13

0,03;0,31

0,43;0,32



0

0,27

0,28


0

Α

AL(Fe)

0,46

0

0,47

0

Fe3Al фазасының ферромагнитті күйі үшін берілген мәліметтер. FeAl6 метатұрақты квазикристалды фазасы, Fe Alm кристалды фазасы және Fe10 Al90 Fe12 Al88 Fe14 Al86 икосаэдикалық фазаларының мессбауерлік фазаларының мессбауерлік спектрлерінің параметрлері өте ұқсас және осылардың бәрі ассиметриялық ұщтары бар кеңейтілген дублетті құрайды (2- кесте). Темір концентрациясымен өзгеретін ассиметрия FeAlm фазасы үшін шұғыл түрде берілген. Г жартылай биіктіктегі сызық қалыңдығының мәні мен квадрупольді бөлшектенуі аморфты фазалардан реттелген фазаларға қарай жүйелі түрде кемиді.[7]

Бөлме температурасында Fe(Al) алюминийдің темірдегі қатты ерітіндісі концентрацияның барлық ауқымында, 1-суретте көрсетілгендей, магниттелген күйде болады. [25,26] жұмыстарында анықталғандай, темір ядросындағы өрісінің реттелмеген қатты орташа мәні А1 2- 15% (ат.) дейін ерітіндідегі орташа қоршаған атомдар конфигурациясына тәуелді болады.

Al aтомының біреуінің Fe атомының n-ші координациялық сферасына қосылуы.

Fe ядросында өрісті ∆Hn тұрақты мәнге дейін өзгертеді. Белгіленген аймақта.

∆Hn мәнінің концентрациялары Al құрамы мен Fe атомдарына жақын сферадағы атомдар үлестірілуіне тәуелді емес. α–фазасы үшін Fe ядроларының мессбауерлік спектрі Fe атомына жақын аралықтағы Fe атомдарының 4 және 8 санына сәйкес келетін He өрістерінің мәніне тең екі секстет болып табылады. α–фазасы Fe мессбауерлік спектрлері үшін ығысудың δ≡0,43 мм/с мәні тең [14].

Fe3Al құрамының аймағындағы қорытпалар антифазалық домендерден құралады. ДО3 құрылымы А және Д торшаларының түйіндерінің 4 түрінің біреуін жайлайтын Al атомдарының орналасуына қарай бөлінетін 4 түрлі доменнен тұрады. Магнит реттелген күйде Fe3Al құрылымы екі магнитті торшадан құралады. Осы торшаның әрқайсысының Кюри нүктесі бар және мессбауерлік спектрде екеуі екі түрлі зимандық алтылықтардан берілген. [19] 25 (ат.)% Al концентрацияда стехиометриялық құрылымды Fe3Al қорытпасында мессбауерлік эффектін зерттеудің бірінші жұмыстарында- ақ бірінші координациялық сферадағы 4 және 8 Fe атомы бар темір атомдарын He(8)=295кЭ және He (4)=212 кЭ өрістері сәйкес екендігі және ядролардағы өріс мәні бірінші координациялық сферадағы Fe атомдарына тәуелді екендігі анықталған. ДО3 ірі құрылымында максималды реттеуден ығысу болған кезде алюминий концентрациясы өскен сайын He(3) 167кЭ өрісіне сәйкес келетін сызықтар пайда болатыны анықталды [19]. Бұл темір атомдарының жақын аралығындағы конфигурацияның өзгеруімен байланысты. Артық Al атомдары Д торшығының түйіндеріндегі Fe атомдарын ауыстыра отырып, А торшығындағы.

Fe атомдарының бір бөлігі үшін бірінші координациялық сфераны өзгертеді. А торшығындағы Fe атомдарының орнын басқан Al атомдары Д Fe атомдарының бірінші координациялық сферасын өзгертеді және He(7) өрісін құрады [24].

FeAl парамагнитті фазадағы 57Fe ядроларының мессбауерлік спектрі изомерлі ауытқуы δ≡0,28 мм/с болатын парамагнитті жекелеген сызық болып табылады. (3-кесте)

Fe2Al5 фазасындағы темір атомдарының парамагнитті күйіне изомерлі ауытқуы δ≡0,24 мм/с және квадрупольді ығысуы ∆≡0,46 мм/с болатын дублет жауап береді.

Мессбауерлік спектрді FeAl3 фазасы да жекелеген парамагнитті сызық болып келеді. [14] жұмысында көрсетілгендей парамагнитті сызыққа δ≡0,03 мм/с бастап δ≡0,44 мм/с дейін аралықта ығысулар сәйкес келеді.
1.6. Есептің қойылуы.
Әдеби мәліметтерді шолу барысында анықтағанымыз стехиометриялық құрылымды фазаның үлгі бойына біркелкі үлестірілуі диффузиялық қосындымен байланысқан жағдайда қанығу процесі аяқталады деген зерттеушілердің тұжырымы қате болып шықты. Осыған байланысты осы кезге дейін осы тұжырымдарды растау, не жоққа шығаратын темір- алюминий қабатты жүйесіндегі фазалардың пайда болуының жылулық индукцияланған кинетикасы туралы зерттеулік жұмыстың төмендегідей негізгі мақсаты болады:


  • РФТ қатыстырып мессбауерлік спектроскопия әдістемесімен темір- алюминий- бериллий қабатты жүйесіндегі жылумен индукцияланған фазалық түрленулерді жүйелі түрде зерттеу;

  • Изотермиялық жасыту процесінде үлгі көмегіндегі және беттік қабаттардағы фазалық түрленулердің тізбегін анықтау және кинетикасын зертеу;

  • Белгілі фазасы бар жылулық тұрақты беттік қабат түзу үшін қажетті жағдай тудыру.


2 .Тәжірбиені жүргізу әдістемелігі
2.1. Үлгілерді дайындау
Тізбектелген изохромдық жасыту темір- алюминий- берилий қабатты жүйесіндегі диффузия және фазалық пайда болу прцестерін зерттеу үшін екі компонентті жүйе дайындалады.

Екі қабатты жүйе ретінде армко- темірден және Al-Be қабатынан төсеніш қалыңдығы Fe(10) және Al25Be75 (2мкм) болатын үлгі дайындалады.

Бұл үлгі T=300-900 C температуралық аралығында 5 сағаттық жасытуға ұшырытылады. Үлгілердің тізбектелген изохромдық жасытулары 5*10 мм сын. Бағ. Вакуумда жүзеге асырылады.

Үлгі дайындау барысында төсеніш ретінде 3 сағ. Бойы 5-10-6 мм. Сын. Бағ. вакуумда 850 C температуралық қайта кристалданып жасытылған және 10 мкм қалыңдыққа дейін қысыммен өңделген α-Fe фольгасы пайдаланылады. Алюминий және берилийді темір фольгадан жасалған төсенішке жабу аргамак [10,29] қондырғысында магнетронды тұндыру әдісімен жүзеге асырылады. Төсеніш көлемді мыс ұстағышта температуралары тозаңдандыру кезінде 150 C аспады. Адгезия күщті болу үшін алюминийді жасыту алдында осы қондырғыда төсеніш аргон иондарымен иондалады.

Жасытылған қабат қалыңдығы тозаңдану уақыты мен және ток арқылы анықталады.

Жасытылған қабат қалыңдығы бақылау салмақтық әдіспен және сонымен бірге УКП-2-1 ИЯФ ҰЯО РК [5] жылдамдатқыш қайта зарядтау кешенінде протондарды резерфордтық қайта шашу әдісімен жүзеге асырылады.




    1. Мессбауерлік спектроскопия

Мессбауерлік параметрлердің сандық мәндерінің жиынтығы мен олардың қосындылары әр фаза мен химиялық қосынды үшін дербес болғандықтан зерттелетін үлгінің құрамын бірден анықтауға болады.

Төменде мессбауерлік спектрдің негізгі параметрлері мен оның әрқайсысынан мәлімет алуға болатындығы берілген [20].


- Мессбауерлік спектр қарқындылығы (ауданы). Егер үлгі жіңішке болып суперпозиция принципіне сәйкес келсе. 1 мессбауерлік спектрдің қарқындылығы заттық, сапалық және сандық фазалық талдауын жасауға және затта атомдардың әквивалентті емес позицияларда атомдардың үлестірілуі туралы мәлімет алу үшін қолданылады.

  • Мессбауерлік сызықтың ығысуы атомдардың валенттік күйін бірегейлеуге, зерттелген заттың фазалық құрамын және зертелетін қосылыстың электрондық және кристалдық құрылымдарының ерекшеліктері туралы мәлімет алуға көмектеседі.

  • Е спектрінің құраушысы квадрупольды ығысуы мессбауерлік ядролардың жақын маңындағы симметриясы, эквивалентті емес позициялар саны, электронды конфигурация және атомдар валенттілігі туралы мәлімет береді.

-Hn жіңішке магнит өрісі кристалдық құрылымдарға, қоспалық атомдарға және локальды біртекті еместіктерге сезімтал болып келеді. Жіңішке магнит өрісінің мәні мен бағыты зерттелетін заттың электронды және магнитті құрылымдарының ерекшеліктері туралы мәлімет береді. Сондықтан ол парционалды спектрлі бірегейлеу және магнитті торшалардың санын анықтауға пайдаланады.

-Спектр құраушысы Г ені құрамының біртекті еместігі, стехиометриядан ауытқуы құрылымдық және магниттік реттің бұзылуы туралы мәлімет береді.

2.3 Спектрді тіркеу әдісі және тәжірибе геометриясы
Зерттелген үлгі үшін мессбауерлік спектрлер екі әдіспен түсіріледі. Кванттарды жұту геометриясында тіркеу (МС) және конверсия электрондарын (КЭМС) үлгінің екі жағынан қайта шашу геометриясында тіркеу. Бірінші жағдайда мессбауерлік спектроскопия үлгісінің орташа қалыңдығы фазалық күйі туралы мәлімет берсе, екінші жағдайда үлгінің беттік қабаттарының 0,1-1 мкм қалыңдығының қабаттардағы Fe атомдарының концентрациясынан тәуелдігі жағдайындағы фазалық күші туралы мәлімет береді.

Зерттеулерде активтілігі 5 мКм Rh матрицасындағы 57Co көздері қолданылады. Спектрометрді үлгілеу α-Fe эталонды үлгі көмегімен жүзеге асырылады. 2.1 а суретінде өту геометриясында кванттары (МС- спектрлі) тіркеу әдісімен алынған мессбауерлік спектрлерді тіркеу кестесі берілген.


Сурет 2.1 а) өту геометриясында – кванттары тіркеу әдісімен алынған мессбауерлік спектрлерді тіркеу кестесі, б) Коверсия электрондарын қайта шашырату геометриясында тіркеу әдісімен алынған МС тіркеу кестесі.


МС- спектрлері бөлме температурасында МС-1101 Э типті мессбауерлікспектрометрде тұрақты үдеткіштер режимінде салыстырмалы жұту көзінің доплерлік қозғалыс жылдамдығының аратіс тәрізді формасына уақытша тәуелділігімен алынған. Аратістің өрлеу жағына сәйкестенген тәжірибелік спектр талдағыштың 1024 арнасында тіркелді; содан кейін спектрді талдап, өңдеу үшін дайындағанда оның көршілес 4 арнасында қосылыстар жүзеге асырылады, осының нәтижесінде қалған 4 арнаның әр қайсысында төрт еселенген қарқындылықты 256 арна қалды. МС- 1101 Э спектрометрдің ерекшелігі болып детектор мен жұту көзімен салыстырғанда жұтқыштың қозғалысы саналады. Бұл жағдай тәжірибе үшін тиімді геометрия таңдап алуға және геометриялық жайсыздықтарға ұшырамау үшін қолайлы [9]. Жұтқыш арқылы өткен- кванттарды тіркеу үшінсцинтиляциялық кристалы бар Na J (T1) детектор қолданылады. Коверсиялық электрондарды (КЭМ- спектрлер) тіркеу арқылы алынған мессбауерлік спектрлер қайта шашырау геометриясында түсірілген [9]. Мұнда детектор ретінде 100 мм. Сын. Бағ. қысымында Ar+10% CH4 қоспасы бар ауа кірмейтін газбен толтырылған санауыш қолданылған.

  • кванттардың сколлимирленген шоғы жіңішке алюминий терезе арқылы үлгіге түсіп тұрды. Үлгіден 2 мм жерде тартылған диаметрі 30 мкм болатын вольфрам жіпке 500 В керену беріледі, кейіннен осы жіптен сигнал түсіріледі, мұнда мессбауерлік ядроның [1,18] қоздырылған күйі ыдырау кезінде сәулелендіруден кейін үлгіден шыққан конверсия электрондары тіркеледі.

2.4 Мессбауерлік спектрлерді өңдеу


Тәжірибеден алынған мессбауерлік спектрлерді түсіндіру барысында келесі 3 мақсатты атап айтуға болады: спектрлерді резонанстың сызықтарды іздеу және белгілеу барлық үлгілерге тәе модельдік [1,17] парциалды спектрлердің параметрлерін іздеу нәтижесінің негізінде бастапқы спектрлерді және бірегейлеу.

Мессбауерлік спектрлерді түсіндірудің мақсаты спектрді қоршап тұратын форма анықталған {aj} физикалық параметрлерін іздеумен байланысты.


N(v) =- S f(V, {AJ} WS (v-V)dV), (2.1)
мұндағы f - зерттелетін заттың жұтушы спектрі, - a WS сәулелендіру көзінің сызықтық формасын спектрлік функция, V - көз жылдамдығы.

Спектрлерді түсіндіру есебінің мәні {a1} параметрлік өзгерту нәтижесінде шығады [17,21].

Спектрлерді модельдік түсіндіру үшін MS Tools бағдарламалық кешеннің құрамына енетін SPECTR бағдарламасы пайдаланылды [17,28].

2.2 -суретте конверсия электрондарын қайта шашу теометриясында тіркеу (б) арқылы алынған α-Fe эталонды спектрлердің модельдік түсіндірмесі көрсетілген.



Сурет 2.2-кванттарды жұту геометриясында (a) және конверсия электрондарын қайта шашу геометриясында (б) тіркеу арқылы алынған эталонды спектрлердің модельдік түсіндірмесінің нәтижелері.


Спектрлерді өңдеу және талдау әдісінің негізінде парциалды спектрлердің суперпозициясы туралы мәлімет қойылған. Күрделі көпфазалы жүйе спектрлерін өңдеу барысында SPECTR [21] бағдарламасының мынадай ерекшеліктерін айта кету керек:

  • зерттеулер нәтижесін талдау кезінде пайдаланылатын өзгеретін параметрлер мәніне сызықтық өзгерістер көмегімен қосу.

  • Алынған априорлық (жорамал) мәліметке сәйкес зерттелетін зат туралы модельдік түсініктерді кең шектерде өзгерту. (өзгеретін параметрлерге қойылған қатқыл және қатқыл емес байланыстарды және тең емес байланыстарды пайдалану).

2.4.1 Параметрлердің сызықтық түрленулері


{aj}= {N, Ak, vk, Гk} (k=1,…..,P; мұндағы Р- спектрдегі резонансты сызықтар саны) параметрлерінің «физикалық еместігіне» байланысты қолайсыздықтарға ұрынбау үшін және таңдап алынған түсіндіру моделіне сәйкес өзгеретін параметрлерге талап қою қажеттілігі үшін айнымалыларды алмастыру тәсілін қолдануға болады.
Bij=Σt1jaj(j=1,2….,3p+1) (2.2)
Физикалық дұрыс мәндерді енгізу айнымалыларды алмастыру арқылы жүзеге асады, мысалы: 57Fe немесе 119Sn типті ядролары үшін парамагнитті спектрлер жағдайында -β мессбауерлік сызықтық ығысу, өзгеретін параметрлер санына квадрупольді ығысу төмендегідей жүзеге асады:
Β=0.5v1+0.5v2, (2.3)

Ε=-0.5v1+0.5v2, (2.4)


Жіңішке құрылым құраушылары {Ak} амплитудалары мен {Гk} ендерінің өзгерулері де осындай жолмен анықталады.

Сызықтық комбинация қосындылары арқылы {ai} параметрін {bj} параметріне көшуіне t матрицасы сәйкестенеді. Ол 4 тәуелсіз матрицаға бөлінеді:tn скаляры мен әр қайсысы өлшемі tA,tr,tv матрицалары.


2.4.2 Қатқыл және қатқыл емес байланыстар
Көпфазалы спектрді түсіндіру барысында өзгеретін параллельді оларға қосымша байланыстар қосу арқылы азайту қажеттілігі туады. Екі не одан да көп өзгеретін параметрлердің біртектілігіне байланысты мұнда қатқыл және қатқыл емес байланыстарды пайдалану қолайлы [21]. Байланыстың бұл екі түрі спектрдің ерекшеліктеріне сәйкес болып келеді. SPECTR бағдарламасында қатқыл байланыстар өзгеретін параметрлердің сызықтық түрленулерінің бастапқы шарттарының көмегімен жүзеге асырылса, қатқыл емес байланыстар қиылыстырылған функцияларды кеміту арқылы жүзеге асады [21]. «Қатқыл емес» байланыстың екі түрі қарастырылған, олар спектрдің параметрлерінің төмендегідей комбинациясында болады:

1)∑cj*sj=0;

2) (25)

Мұндағы sj -спектрдегі j -ші резонанстық сызықтың ауданы, {cj} - берілетін сандардың қосындысы.



Қатқыл емес байланыстың бірінші типі парциалды спектрлер мен бөлек компоненттердің сызықтық ауданының нольге тең кез- келген комбинациясын бере алады. Ал екінші түрі спектрдің кез-келген құраушыларының аудандарының тең қатынастарын бере алады. Әр байланыстың қатқылдық дәрежесі ∆W мәнінің көмегімен беріледі [21].

2.4.3 Парциалды спектрлердің жіңішке параметрлерінің үлестіру функцияларын қайта қалпына келтіру


Зерттелетін үлгінің құрылымдық- фазалық күйінің күрделі сипаттамасы мессбауерлік спектрде парциалды спектрдің үзікті жиынтығын бөліп алуға кедергі туғызады. Бұл жағдайда резонанстың ядролары баламасыз позициялардың санының көп болуына әкеліп соғады. Оның себебі: зерттелетін жүйедегі фазалардың көптігі, осы фазалар құрамының стехиометриялы болмауы, фазаларда қоспалардың болуы, аморфты күйде болуы, фазадағы құрылымдық тәртіптің бұзылуы. Мұндай жағдайда жіңішке параметрлері квазиүздіксіз үлестірілген парциалды спектрлердің сызықтық суперпозициясына негізделген тәжірибелік спектрдің сипаттамасы пайдаланылады.

Спектрлерді өңдеу үшін біз DISTRI бағдарламасын қолдандық. Ол әр түрлі ядролары бар (ең көп болғандағы саны-5) парциалды спектрлердің мессбауерлік параметрлерінің бірінші тәуелсіз үлестірілу функцияларымен қайта қалпына келтіруге мүмкіндік береді [20,21]. Осы әдістің негізінде жалпыланған жүйелеу әдісі жатыр, яғни x2 типті функционалды кеміту:




(2.6)
Мұндағы: {Nj} -бастапқы тәжірибелік спектр (j=1,2…n, n- тәжірибелік нүктелер саны); {Sj} - спектрдегі статистикалық қателердің стандартты ауытқуы; {PSk} – S- ші ядро параметрлері ізделіп отырған үлестіру функциясы (k=1, …rs; rs-s- ші үлестіру функциясының өлшемділігі; s=1, …s; s - қайта қалпына келтірілген үлестірулер саны); {Dsjk} S- ші ядроға парциялды спектрді сипаттайтын матрица, бұл спектр δ, ε, Hn, δ Г параметрлерінің К-ші жинағына сәйкес келді, {Tskl} -жүйелеу процесін жүзеге асыратын туындының дәрежесімен анықталатын ең соңғы айырымдар матрицасы; {Pks} - үлестіру функциясын іздеу жұзеге асырылатын берілген жорамал мәліметке сәйкес параметрлер үлестірілуі; US, WS- S - ші үлестіру функциясының жүйелеу параметрлері {δsk} - стандартты ауытқуы бар үлестіру функциялары белгіленген нүктелердегі жүйелеу «қатқылдығы». Бұл бағдарлама әрбір үлестіру барысында спектрдің параметрлері арасында мүмкін болатын сызықтық корреляцияларды іздеуді жүзеге асыра алады. Бұл жағдай күрделі обьектілердің мессбауерлік спектрлерін өңдеу кезінде өте қажет. Егер δ, ε, Hn, δ Г параметрлері арасында сызықтық корреляция бар деп есептесек, онда әр параметр үшін үлестіру төмендегідей болады:
(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)
Осылайша {δk}, {εk}, {Hk}, {δГk} параметрлері тек {δ, ε, H, δГ} бастапқы мәндері мен {∆δ, ∆ε∆H, Гδ} мәндерінің мүмкін болатын интервалдарымен үлестірудің Г өлшемімен анықталады.

{Pk} Үлестіру функциясын қайта қалпына келтіру барысында {N0, C, V0, A1/A2, A3/A1, δ,∆δ,ε,∆ε, H, ∆H, ΔГ, ∆Δг, εд } параметрлерінің тиімді мәндерін іздеу жүзеге асырылады. Бірінші үш параметр базалық сызықты сипаттаса, одан кейінгі екеуі спектрдің жіңішке құрылымындағы резонанстық сызықтардың амплитудаларының қатынасын, кейінгі сегізі- δ, ε, δГ параметрлері мен олардың арасындағы мүмкін болатын сызықтың корреляцияларды сипаттайды, ол ең соңғы параметр магнитті жіңішке әсерлесу жоқ болған кездегі мессбауерлік сызықтың квадрупольді ығысуы болып келеді (жалпы алғанда εm ≠εp).

Қалпына келтірілген {Pk} үлестіру функцияларының кез- келген бөлігін талдау үшін келесі мәндер есептеледі:


  • I=Σ Pk ауданы;

  • X=M(X)≡ΣXK PK/PK үлестірілу орталығы (орташа мәні);

  • X Берілген аралықтағы ең мүмкін болатын мәні;

  • X Биіктіктің ортасындағы аралық ортасы;

  • Д(X)≡((X-X)2)Дисперсиясы;

  • S(X)≡(Д(X))1/2 Орташа квадратталған отклонение;

  • Биіктік арасындағы ГР(X) үлестіру ені;

  • M((X-X)3)/S3(X) Ассиметрия коэффициенті;

  • Таңдап алынған аралықтағы {Pk} функцияның өткірлігін сипаттайтын η≡M((X-X)4)/S4(X)-3 эксцесс коэффициенті.

Зерттелетін үлгідегі 57Fe ядроларының мессбауерлік спектрлерін өңдеу және талдау барысында біз 3- суретке сәйкестелетін модельдік түсіндіру әдісін және апрциалды спектрлердің жіңшке параметрлерінің үлестіру функцияларын қайта қалпына келтіру әдісін қолдандық.
2.5 Рентгендік дифрактометрия
Рентгендік дифрактометрия қосымша әдіс ретінде қолданылды жәнет ол ДРОН-3 рентгендік дифрактометрде жүзеге асырылды.

Рентгенграммалар (Cu) Kα сәуле шығаруында құбыр кернеуі υ=35кВ және тогы I=mA, бұрыштар ауқымы 20:20:102 болғанда тіркеледі. Кристалдық фазалардың бірегейлеу ASTM ұнтағы рентгенграммалар картотекасының көмегімен жүзеге асырылады.

Заттың кристалдық құрылымын талдау әдісімен зерттеу қатты денедегі атомдар

Мен молекулалардың екі жақты орналасуын анықтауға көмектеседі.

Қатты дененің кристалдық торы, кристаллиттердің үлкендігін, тордың бұрмалану дәрежесі, атомдар арасындағы өзара әрекет күшінің шамасы мен сипатының құрылымының ерекшеліктерін анықтау рентгендік талдаудың түпкі мақсаты болып табылады.

Вульт- Брэгг (11) формуласы атомдық жазықтықпен рентгендік сәулелерді шағылыстыру үшін:

nλ=2dsinα, (2.11)

Мұндағы n- шағылыстыру реті;

λ-құлайтын рентгендік сәулелену толқын ұзындығы, мкм;

d-жазықтық аралық қашықтық, мкм;

α-дифракцияланған сәуле ауытқитын бұрыш, град;

Бұл формула рентгендік құрылымдық талдаудың ең негізгі болып табылады, себебі, оның көмегімен кристалдардағы жарықтар қашықтығы анықталады. Кеңістіктегі тормен рентгендік сәулелерді шашыратқан кезде параллель атомдық жарықтықтардан шағылысқан сәулелер өшпейді, керісінше Вульт- Брэгг формуласындағы шартты орындаған жағдайда бір- бірін күштейді.

2dhkl*sinα туындысы (hkl) көршілес қос параллель жазықтықтармен шағылысқан сәулелер жүрісінің айырымына тең.

Әр түрлі формада барлық аспаптарда қолданылатын ұнтақтық рентгенграммалар алу үшін пайдаланылатын ұнтақ әдісі 2.3- суретке сәйкес α бұрыштарын тіркеуге саяды, бұл бұрыштар d жазықтық аралық қашықтық пен α шағылысу бұрышы (11) жазық торлар түрлерімен шағылысатын сәулелер тобын сипаттайды. (11) формула көмегімен α бұрышымен кристалдық әр түрлі жазықтықтары аралық қашықтықтар анықталады.





сурет 2.3 -Ұнтақтық әдістің принципиалды сұлбасы


Рентгенграммадағы сызықтар қарқындылығы ұнтақтық әдіс жөнінде көптеген мәлімет алуға көмектеседі. Көбіне сызықтардың орналасу жағдайын өлшеуге тура келеді. Мұндай өлшеудің негізгі мақсаты әр сызыққа сәйкес болатын жазықтық аралық қашықтықтарды анықтау болып келеді. Бұл үшін алдымен α шағылысу бұрышын анықтап, содан соң Вульт- Брэгг теңдеуі арқылы анықтау керек.

Көпкристалды заттың рентгенграммасын талдау нәтижесі ретінде барлық сызықтар үшін жазықтың аралық қашықтықтар мен олардыңсалыстырмалы қарқындылығының кестесін алуға болады.

Монокристалдардың рентгендік- құрылымдық талдауы кезінде сияқты таза зат жағдайында атомдық құрылысы анықтауға болады.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет