Для улучшения токонесущих характеристик аморфных сплавов создают смешанную аморфно-кристаллическую структуру, усиливающую пиннинг магнитного потока. И последнее, для аморфных сверхпроводников характерна высокая стойкость их сверхпроводяш,их и механических свойств по отношению к радиационным повреждениям. Более того, эти свойства могут даже улучшаться в результате облучения.

Исчерпывающее описание и обсуждение особенностей механических свойств аморфных сплавов дано авторами в гл. 8. Высокая прочность в сочетании с пластичностью, способность к формоизменению при холодной прокатке, повышенный предел усталости и стойкость к радиационным повреждениям - все это выделяет аморфные сплавы как перспективный класс материалов с широким спектром практического использования.

В первой части гл. 8 последовательно описаны закономерности упругих и прочностных .свойств, а также процессы деформации и разрушения. Подчеркнута такая характерная черта аморфных сплавов, как высокая вязкость разрушения в сочетании с высокой прочностью. Рассмотрена также зависимость механических свойств от температуры и скорости . деформирования. В аморфных сплавах ниже некоторой температуры Тр пластическая деформация протекает крайне неоднородно - она сосредоточена в полосах деформации, которые иа стадии разрушения служат источником трещин. Выше Тр пластическая деформация становится однородной. На первом температурном участке прочность сравнительно слабо зависит от скорости деформирования, иа втором эта зависимость выражена ярко. Темп уменьшения прочности с повышением температуры резко возрастает при Г>Гр, а разрушение при этом происходит после образования шейки. Кривые ползучести аморфных сплавов имеют вид, идентичный кривым ползучести кристаллических металлов, ио природа их специфического вида совершенно разная, поскольку дислокационный механизм развития ползучести для аморфных сплавов ие приемлем. В четности, процесс установившейся ползучести в аморфных металлах связан с механизмом вязкого течения и осуществляется путем диффузии.

Механические свойства аморфных металлов обладают повышенной стойкостью по отношению к нейтронному облучению. Приведены также отдельные данные по ускоряющему влиянию электронного облучения на кристаллизацию. Следует отметить, что в общем случае облучение электронами высокой энергии может влиять как на скорость образования зародышей при кристаллизации, так и на их рост. В случае широко известного сплава FeioNiPHBe облучение электронами ие оказывает заметного влияния иа кинетику кристаллизации, которая, очевидно, лимитируется диффузией по границам раздела, ио приводит к увеличению скорости зарождения, которая в свою очередь определяется объемной диффузией.

Несомненный практический интерес представляют данные по влиянию атмосферы иа развитие замедленного разрушения образцов, свернутых в спираль. Эти данные необходимо учитывать при длительной эксплуатации аморфных сплавов в принудительно деформированном состоянии. Оканчивается гл. 8 кратким, можно сказать, перечнем предложенных до настоящего времени механизмов пластической деформации. Более детально ознакомиться с моделями пластической деформации можно по обзору [10]*. К сожалению, в книге, не нашли отражения важные с практической точки зрения вопросы, касающиеся изменения механических свойств в результате структурной релаксации.

Химические свойства аморфных сплавов описаны в гл. 9. Главное содержание этой главы - описание коррозионных свойств аморфных сплавов и обсуждение причин, обусловливающих уникальность этих свойств. Сразу же следует отметить, что необычайно высокая коррозионная стойкость аморфных сплавов наблюдается только в том случае, если они легированы хромом. Уровень стойкости к коррозии в этих сплавах значительно выше, чем у Л)?чших коррозионностойких кристаллических материалов. Основная причина высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов заложена в их атомном и электронном строении. Основное внимание в книге уделяется первому аспекту проблемы.

Атомная неупорядоченность, идеальная атомно-структурная и фазовая однородность рассматриваются авторами как основные факторы, определяющие коррозионные свойства аморфных сплавов. В главе подробно описаны процессы

коррозии в различных средах сплавов типа металл - металлоид и металл - металл. Проанализирована роль легирующих элементов, в том числе металлоидов. Раскрыта благотворная роль фосфора в формировании коррозионных свойств аморфных сплавов иа основе железа. Сплавы, содержащие фосфор, растворяются наиболее интенсивно, а это в свою очередь способствует накоплению хрома иа поверхности и ускоренному формированию пассивирующей пленки с большим содержанием хрома.

Авторы детально обсуждают механизмы формирования высокой стойкости аморфных сплавов к коррозии (образование пассивирующей пленки с высокой концентрацией гидратированного оксида - гидроксида хрома; активное растворение как условие для ускоренного формирования пассивирующей пленки; высокая структурная и фазовая однородность как фактор, определяющий устойчивость пассивирующей пленки). Здесь же рассмотрены и другие химические свойства аморфных сплавов в тесной связи с возможными областями использования этих свойств иа практике. Особое внимание заслуживает вопрос об использовании аморфных сплавов в качестве абсорбатов водорода.

В заключение описания вопросов, изложенных в гл. 9, отметим следующее. Во-первых, как и в случае обсуждения механических свойств, авторы ие уделили должного внимания влиянию структурной релаксации иа коррозионную стойкость аморфных сплавов. А это влияние достаточно велико (см. например, [43]*). Во-вторых, развиваемая авторами концепция высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов ие является общепризнанной. В частности, в СССР рядом авторов в развитие идей акад. Я. М. Колотыркина отстаивается точка зрения, что. высокая коррозионная стойкость аморфных сплавов может быть обусловлена образованием иа поверхности металла кластеров с сильно выраженными направленными связями [II, с. 435]*. Высокая химическая стойкость и особенности электронной структуры этих кластеров обеспечивают сравнительно легкую пассивацию и соответственно высокую коррозионную стойкость аморфных сплавов. Кластерная концепция позволяет понять значение углерода, в формировании коррозионных свойств аморфных сплавов и большую разницу в коррозионной стойкости сплавов Ре -Сг -Р и Ре -Сг -Р -С [471] (в предлагаемой книге углероду в этом плане отводится неоправданно скромная роль). Интересно отметить, что по данным работы [4* в сплаве системы Ре -Ni -Сг - Р -В при фиксированных потенциалах пассивной области в растворе NaCI иа поверхности образуется пассивирующая пленка толщиной менее моноатомного слоя.

Последняя глава (гл. 10) целиком посвящена двум, тесно связанным вопросам: влиянию технологических факторов на свойства аморфных сплавов и перспективам применения этого нового класса материалов в промышленности. Влияние технологических параметров иа свойства аморфных сплавов, как отмечают сами авторы, анализируется только в общих чертах. Подчеркивается, что вопрос о том, как изменяются свойства и стабильность аморфной фазы в зависимости от условий охлаждения является одним из центральных. При массовом производстве аморфных Сплавов первостепенное значение приобретает обеспечение достаточно надежной регулировки условий -охлаждения, исключающий влияние неконтролируемых факторов на качество конечной продукции.

Не менее важная проблема - это регулирование атомной структуры аморфной фазы в процессе структурной релаксации. Данная проблема сводится к выбору оптимальной термической обработки, которая обеспечивала бы достижение нужного уровня служебных свойств. При этом важно, чтобы это происходило без ущерба для других свойств, не являющихся служебными, ио важных для практического использования аморфных сплавов. Так, высокотемпературный отжиг магнитномягких материалов может сопровождаться их охрупчиванием.

Следует подчеркнуть, что значение условий охлаждения в формировании структуры аморфных сплавов ие всегда имеет определяющее значение в формировании некоторых их свойств, например магнитных, поскольку, во-первых, при оптимизирующем отжиге различия в свойствах, связанных с условиями охлаждения, во многом нивелируются и, во-вторых, как это наблюдается в сплавах с близкой к нулю магнитострикцией, условия охлаждения вообще сравнительно слабо сказываются иа служебных параметрах даже свежезакалеиных образцов (в этом случае вариации во внутренних напряжениях слабо проявляются из-за того, что Ji3=0). Но по этой причине роль технологических факторов нисколько

не уменьшается. Просто на первый план выдвигается проблема геометрического качества изделий из аморфных сплавов, в частности, ленточных (разнотолщин-ность, степень шероховатости, состояние кромки ленты и т. д.).

Необходимость разработки принципов прогнозирования составов сплавов с заранее заданными свойствами не требует обоснований. На основе приведенных в других главах данных авторы составили интересную таблицу (см. табл. 10.2), дающую представление о сравнительном влиянии различных металлоидов на те или иные свойства.

При обсуждении влияния пластической деформации на свойства подчеркнута обратимость этого влияния - при отжиге, эффекты, вызванные деформацией (впрочем, как и при облучении), большей частью исчезают и происходит восстановление свойств до их первоначальных значений. В конце главы очерчиваются в общем виде наиболее перспективные области применения аморфных материалов. При этом выделяются следующие группы сплавов: высокопрочные, коррозионностойкие, магнитномягкие, инварные, а также сплавы с особыми упругими и электрическими свойствами. Наиболее подробно описаны свойства практически важных магнитных материалов. Среди них выделены такие сплавы с высокой индукцией, как метглас 2605S2 и 2605SC и сплавы с нулевой магнитострикцией типа Fe5Co7oSiioBi5.

Отмечая недостатки аморфных сплавов, авторы в первую очередь назвали два из них - низкую термическую стабильность и недостаточную временную стабильность. Первый из иих связан с развитием процессов кристаллизации и расслоения, второй - с релаксацией атомной структуры аморфной фазы. Негативное влияние временной нестабильности в первую очередь сказывается на таких служебных свойствах, как магнитные. При этом временная нестабильность магнитных свойств во многом является отражением развития в аморфной фазе процессов композиционного направленного упорядочения, приводящих к стабилизации границ доменов. Повышение термической и временной стабильности свойств технически важных аморфных сплавов -одна из важнейших задач, ста-ящих перед исследователями аморфных сплавов.

В заключение еще раз отметим, что книга Аморфные металлы поможет углубить понимание проблемы аморфных сплавов у специалистов разного профиля: металлургов и материаловедов, металлофизиков и химиков, а также у разработчиков аппаратуры и систем, созданных иа основе аморфных сплавов. Кроме того, книга по ряду признаков может быть полезной для подготовки специалистов по разработке и применению этих сплавов.

Учитывая отмеченную особенность, можно с уверенностью сказать, что книга окажет также влияние на стимулирование интереса к проблеме аморфных сплавов у студентов соответствующих специальностей.

И. Б. Кекало,

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1973 г. в некоторых научных журналах появился ряд статей, предсказывавших большое будущее аморфным металлам. Эти статьи МОЖНО было бы объединить под таким обш,им заголовком: Лабораторной любознательности уже достаточно! . С тех пор прошло ОКОЛО десяти лет, а за это время (аморфные металлы широко проникли ВО многие области науки и проявили себя как новые перспективные материалы с самыми разнообразными возможностями для лрактического использования. Столь быстрый прогресс - это и веление,времени, и отражение тех надежд, которые всегда связаны с появлением новых материалов, обладаюш,их, к тому же, уникальными свойствами. До недавних пор главный девиз науки о металлах звучал как Металлы - это юристаллы , т. е. вещества, имеющие закономерно упорядоченную структуру. Поэтому не будет преувеличением сказать, что появление аморфных металлов, где расположение атомов не упорядоченно, внесло большой вклад в систему знаний о металлах вообще, существенно изменив наши представления о них. Неудивительно, что металлы, обладающие крайне беспорядочными атомными конфигурациями, разительно отличаются по своим свойствам от совершенных кристаллов, где действуют ограничения, вызванные существованием симметрии.

Сам я начал заниматься аморфными металлами тринадцать лет назад в лаборатории профессора Дювеза в Калифорнийском техно-- логическом институте. Меня интересовала физическая природа явления и в особенности вопрос, почему аморфные металлы имеют столь высокую прочность? Нужно сказать, что в то время аморфные образцы для испытаний на прочность были очень маленькие с неопределенной, трудно предсказуемой формой. Тогда мы попытались получить образцы ретламеитируемой формы. Вскоре мне действительно удалось получить ленточные образцы и, испытывая их, я обнаружил, что эти ленты не разрушаются при изгибе и их можно свободно перегибать. До сих пор вспоминается охватившее нас тогда волнение. Сейчас это можно назвать действительно важным открытием, повлиявшим на все дальнейшие технические разработки, связанные с аморфными металлами. С того момента я решил целиком посвятить себя изучению этих необычных металлов и пока не разочаровался в своем решении. В то время меня вдохновляли мои учителя и коллеги, завязались плодотворные творческие связи. Сегодня число ученых, занимающихся аморфными металлами все возрастает, а круг решавмых ими проблем все расширяется.

Около трех лет назад по предложению издательства Омуся я подготовил очерк, который назывался так: Виден ли сегодня конец научным изысканиям? . Этот очерк в какой-то мере предвосхитил выход этой книги, но сам я никогда бы не решился написать такую книгу, как по причине недостатка времени, так и потому, что детальной систематизации знаний по аморфным металлам еще нет и одному человеку е под силу стравиться со столь бурным потоком информации. Однако все настойчивее стали : раздаваться

просьбы написать книгу, где были бы изложены основные представления об аморфных металлах, своего рода- учебник. К счастью, долгие годы я имею удовольствие трудиться а научном поприще вместе с Кэндзи Судзуки, Хироясу Фудзимори и Кодзи Хасимото. Одним из результатов нашего сотрудничества и явилась эта книга.

В последние годы и в нашей стране, и за рубежом вышло несколько отдельных книг и сборников, посвященных аморфным металлам. Однако все они носят специальный характер. В этой же книге мы попытались в несколько упрощенной форме изложить то, что известно на сегодня, в частности, историю изучения аморфных металлов, методы их получения, свойства и возможности при-мене1ния. При этом мы ориентировались главным образом а специалистов и студентов инженерно-технических факультетов. Я уже подчеркивал, что исследования аморфных металлов пока еще пребывают на своей начальной стадии и подробной системы знаний пока нет. Более того, некоторые вопросы вообще еще не ясны. Стиль изложения отдельных глав книги отражает индивидуальность ав- торов в большей степени, чем хотелось ;бы. Я не совсем удовлетворен этой книгой как законченным трудом и, будучи редактором, недостатки книги целиком отношу на счет своего недостаточно полного знания.

Мы охотно принимаем все критические замечания с Вашей стороны, уважаемые читатели. Мне будет очень приятно, если эта книга Окажется полезной и для тех, кто занимается изучением щ разработкой технологии аморфных металлов.

Я хотел бы выразить свою особую признательность и глубокую благодарность издательству Омуся , вдохновившему нас на написание книги, проявлявшему постоянный интерес к ней на протяжении всей работы и осуществившему ее издание.

Ноябрь, 1982 г.

Цуёси Масумото

Глава 1 ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛАХ

в последнее время об аморфных металлах много говорят как о совершенно новых материалах, причем это касается не только их уникальных свойств, ио и возможностей для практического приложения этих свойств. Следует, однако, прежде всего подчеркнуть, что аморфные материалы вообще известны очень давно. С древнейших времен человечество использует силикатное стекло. Известны также многие органические аморфные соединения и полимеры. Изуче-, ние этих веществ в основном завершено. Почему же в последние годы так резко возрос интерес к аморфным материалам? Это объясняется главным образом появлением в 70-х годах нашего столетия двух новых классов материалов -аморфных полупроводников и аморфных металлов, вызванных к жизни .самими потребностями современиого технического прогресса.

Исследования аморфных полупроводников начались в 1968 г., когда Овшинский [1] впервые получил подобное вещество. Оказалось, и это вызвало серьезный интерес, что аморфные полупроводники могут с успехом заменить и даже превзойти обычный аморфный диоксид кремния в таких важных на сегодняшний день конструкциях, как солнечные батареи. Изучение же аморфных металлов интенсивно развивается с 1970 г., когда масумото и Мад-дин [2] получили аморфную ленту из палладиевого стлава и обна-ружили, что эта лента имеет высокие прочность и пластичность. Вскоре были обнаружены такие замечательные свойства аморфных металлов, как высокая коррозионная 1СтоЙ1Кость, высокая магнитная проницаемость и ряд других. На рис. 1.1 приведена диаграмма, иллюстрирующая рост числа иаучных публикаций, посвященных аморфным металлам.

То, что металлы могут существовать в аморфном состоянии - факт далеко не новый. Уже в 40-х годах было известно, что полученные лри вакуумном низкотемпературном напылении пленки не имеют кристаллического строе-

2 и

то mj то те тогооы

Рис. 1.1. Рост ежегодного числа иаучных публикаций, посвященных

аморфным металлам: 1 - открытие сплавов золото - кремний; 2 -открытие высокой прочности и вязкости аморфных металлов; 5разработка технологии непрерывной закалки лент; 4 - открытие высокой коррозионной стойкости и высокой магнитной проницаемости

аморфных металлов