Формирование защитных покрытий и
сплавов с аморфной или нанокристаллической структурой происходит при
неравновесных условиях быстрого охлаждения (
) и высоких градиентов температуры
, направление которого практически не меняется на
протяжении времени закалки. При таких условиях сверх быстрого охлаждения
возникают значительные деформации в материале, приводящий к формированию в его
микрообъемах, плотностью, составом, структурными параметрами от средних
значений этих величин по макрообъему. Размеры и пространственное расположение
неоднородности в такой стохастической структуре зависит как от состава, так и
технологических параметров формирования материала. Распределение величины и
ориентации сил межатомного взаимодействия не является однородным. Эти силы
определяют внутренние остаточные напряжения объема материала, а величина и знак
составляющих тензора напряжений определяются преимущественно, локальным
составом материала и особенностями процесса затвердевания.
Цель работы - определение
остаточных напряжений в аморфных материалах, оценка уровня их изменения при
внешних нагрузках и тепловом действии, а также установление связи между
остаточными напряжениями и структурными особенностями сплавов идентичного состава,
полученными разными технологическими методами: быстрым закалом из расплава и
плазменно-дуговым напиливанием.
Структуру сплава изучали на электронном
микроскопе с последующей обработкой изображений методами когерентного
спектрального анализа. Дифракционные картины Фраунгофера (ДКФ) содержат
информацию о частотном спектре распределения структурной неоднородности.
Условия эксперимента выбирали так, чтобы обеспечить возможность изучения особенностей структуры
сплавов в диапазоне 2 - 500нм. При решении задачи о распределении напряжений в
материале тензор напряжений считали двухмерным ввиду выделенного направления
теплопередачи и малой толщины исследуемой фольги. Упрощающей расчет обстановой был тот факт,
что пластическая деформация не зависит от шаровой части тензора напряжений, а
учет части сдвига тензора деформаций возможный, поскольку плотность аморфного
тела и расплава отличается незначительно. Для плоского чистого сдвига такой
характеристикой упругой деформации является эллипс деформации. Показано, в
исследованных областях сплава размером до 1,5 мкм компоненты тензора напряжений
отклоняются от среднего более, чем на
200%, изменяясь как по абсолютной величине, так и по знаку. Характерно, что
распределение остаточных напряжений 
, соответствующих различным частям спектра структурных
неоднородностей 
, существенно зависят от технологии получения и режимов отжига
аморфных материалов. В частности, установлено, что максимальные изменения 
наблюдаются для
области структурных неоднородностей с 
и после оптимальных
режимов отжига, характерных для каждого состава сплавов и технологии его
получения, остаточные напряжения уменьшаются, а структура материалов
становиться более однородной.
Внешние напряжения 
вызывают изменение напряжений
первого рода (r), а действующие
в материале напряжения (r) можно
представить в виде:
(r)= (r)+ (r),
где (r)= (r)+ - приведенные
напряжения первого рода;
(r) – напряжения
второго рода.
Поэтому, меняя внешнюю нагрузку,
можно существенно варьировать напряжениями первого рода, хотя напряжения
второго рода остаются практически неизменными. Однако, если напряжения превышают предел
текучести, но внешняя нагрузка может создать локализованные области
пластической деформации. Пластическая деформация и характер ее локализации определяется поведением суммы (r)+ (r) и, таким
образом, связана с распределением структурных неоднородностей в материале. Если
принять =const, то определяющее воздействие будут оказывать
напряжения второго рода.
Нагрев аморфных лент в условиях
внешнего нагружения приводит к еще более эффективному уменьшению локальных
отклонений от средних 
по области
анизотропии. Поэтому, задавая соответствующим образом направление средней
анизотропии в макрообъемах материала, можно способствовать формированию
требуемой анизотропии материалов в целом. На этом основан, в частности, метод
улучшения магнитных параметров аморфных ферромагнетиков путем оптимального
отжига ленты, находящейся под действием одноосных внешних напряжений.
Использование
представлений о внутренних напряжениях первого и второго рода в аморфных и
нанокристаллических сплавах позволяет установить их связь со структурной неоднородностью,
и на основе этого провести оценку распределения остаточной напряженности,
обнаружить ее взаимосвязь с физическими свойствами при механическом и тепловом
действии, а также произвести практические рекомендации по направленному синтезу
новых материалов с аморфной или нанокристаллической структурой.
Литература:
1. Куницкий Ю.А.,
Коржик В.Н., Борисов Ю.С. Некристаллические металлические материалы и покрытия
в технике.-К.:Техніка, 1988.-198с.
2. Андриевский Р.А., Глезер
А.М. Размерные эффекты в нанокристаллических
материалах.- ФММ.-1999, т..88.№1.-С.50-73.
3. Самойленко З.А.,
Куницкий Ю.А. Кластеризация в материалах. К.:ІМЗН,2000.-94с.
4. Куницкий Ю.А.,
Мохорт В.А. , Купина Я.И. Магнетизм аморфных систем.К.:КПИ,1994.-106с.