Превращения в металлических стеклах при нагреве

Как упоминалось, стеклообразное состояние является метастабильным. Поэтому существуют термодинамические стимулы перехода его в стабильное кристаллическое состояние. Для осуществления такого перехода необходимо повысить температуру и ускорить таким образом диффузионные процессы. Поэтому наряду с температурой стеклования существует другая важная характеристика аморфных сплавов — температура начала кристаллизации 7 к. Обычно температура кристаллизации превышает температуру стеклования на несколько десятков градусов. Она тем выше, чем сложнее структура образующейся кристаллической фазы и чем больше ее состав отличается от состава исходной жидкости. Тем не менее процессы перехода аморфной фазы в кристаллическую могут иметь место и при температурах ниже определенного уровня, если время изотермического отжига достаточно велико. Процесс перехода аморфной фазы в кристаллическую связан с преодолением энергетического барьера. Энергия активации этого процесса зависит от природы кристаллизующейся фазы. Очень часто переход от аморфного состояния к стабильному кристаллическому проходит через ряд метастабильных состояний. От того, какое из этих метастабильных состояний реализуется в данных условиях, будет зависеть экспериментально определяемая температура начала кристаллизации.

Для получения сопоставимых данных по термической стабильности различных металлических стекол температура кристаллизации определяется обычно в стандартных условиях (например, при непрерывном нагреве со скоростью 0,1—0,3 К/с). В значительной мере температура кристаллизации аморфного сплава зависит от степени легирования сплава и природы легирующих элементов. В аморфных сплавах Fe-C-В существенное влияние на термическую стабильность оказывает бор. Так, при увеличении содержания бора от 6 до 17 % температура кристаллизации изменяется от 400 до 730°С и в конечном итоге сплав после затвердевания становится таким же прочным, как двигатель QSX 15. Процессы перехода аморфной фазы в кристаллическую наиболее подробно изучены в сплаве. При повышении температуры отжига обнаружены следующие стадии превращения:

1. Подготовительная стадия, связанная с некоторым упорядочением в расположении атомов аморфной фазы и образованием сильно пересыщенного твердого раствора.

2. Появление внутри аморфной матрицы небольших кристаллов палладия с г.ц.к. структурой (МФ-1).

3. Образование сложной упорядоченной метастабильной фазы.

4. Распад метастабильной фазы на смесь равновесных фаз и их укрупнение (СФ).

Аналогичная последовательность превращений обнаружена также в металлических стеклах Fe80Р,3С7, Fe,,Si10Bj2,Со75Si,5В,0 и Ni7sSi8В,7. Во всех перечисленных аморфных материалах на второй стадии образуются кристаллы размером 10-50 нм со структурой низкотемпературной модификации основного компонента (МФ-1). Судя по периоду кристаллической решетки, они представляют собой практически чистый компонент.

Отмеченная последовательность не является, однако, обязательной. Так, например, в сплаве Со - Si-В при содержании кобальта менее 72 %(ат.) стадия выделения мелких кристаллов основного компонента исключает этих сплавов ниже образуется микрокристаллическая фаза, имеющая структуру основного компонента. В отличие от метастабильной фазы МФ-1 полученная при низкотемпературном отжиге фаза представляет сильнопересыщенный твердый раствор, состав которого равен составу исходной матрицы. Механизм образования фазы точно не установлен. Однако предполагается, что он отличен от классического механизма зарождения и роста и осуществляется без диффузии атомов на большие расстояния.