Студопедия — И их прочностные свойства
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

И их прочностные свойства






Нанокристаллические порошки имеют громадную удельную поверхность: от 20—40 м2/г при диаметре частиц 100 нм и до 110—120 м2/г при диаметре 10 нм. Они легко захватывают приме­си, особенно кислород, а также водород.

Большая удельная поверхность нанокристаллических порош­ков создает трудности при их переработке в компактный материал. Порошки трудно собирать и транспортировать к месту переработ­ки. Для предупреждения их окисления предлагается, в частности, окружать каждую частицу защитной пленкой, которая должна раз­рушаться и удаляться без остатка при нагреве порошков или прес­совок при спекании. Нанокристаллические порошки плохо прес­суются. В компактном материале остаточная пористость достигает 10 % (об.), у металлических нанокристаллических материалов ее удается сократить до 3 % (об.), в керамических материалах, у кото­рых порошки прессуются еще хуже, остаточная пористость состав­ляет 15 % (об.). Из-за пористости свойства порошковых нанокри­сталлических материалов непостоянны. В то же время получение и переработка нанокристаллических порошков является наиболее универсальным методом, пригодным для создания нанокристаллической структуры в разнообразных материалах.

При сравнении свойств этих материалов с микрокристалличе­скими аналогами обращает на себя внимание вклад граничных сло­ев. Так, модули упругости Еи G у нанокристаллических материа­лов на 30 % ниже, а твердость при t < 0,4—0,5гпл в 2—7 раз выше, чем у соответствующих аналогов, твердость которых подчиняется известной зависимости Холла-Петча:

 

HV=HVo + kd-1/2, (1)

 

где HV0 — твердость по Виккерсу монокристалла; к — коэффици­ент; d - диаметр зерна.

Однако при 20—25 °С пластическое деформирование при вдав­ливании индентора уже сопровождается диффузионным скольжени­ем, когда размер зерен становится менее 10 нм, твердость понижа­ется из-за увеличения вклада диффузионной подвижности погра­ничных слоев. Несмотря на понижение, твердость нанокристалли­ческих материалов с размерами зерен менее 10 нм в несколько раз превышает твердость микрокристаллических аналогов.

Нанокристаллические материалы отличаются повышенной прочностью как у однофазных (медь, палладий), так и у многофаз­ных, полученных кристаллизацией аморфных сплавов: предел те­кучести в 2—3 раза, а временное сопротивление в 1,5—8 раз выше, чем у соответствующих аналогов. Как и для твердости, начиная с размера зерен 10 нм и меньше, установлено понижение предела текучести.

Нанокристаллические материалы имеют высокие демпфирую­щие свойства, так как из-за различия модулей упругости самих зе­рен и граничных слоев упругие колебания распространяются неод­нородно и существенно рассеиваются. У меди с размером зерен 200 нм уровень фона внутреннего трения, являющегося мерой демпфирующей способности, в 2—3 раза выше, чем у серого чугу­на, который считается хорошим демпфером.

Теплофизические свойства нанокристаллических и обычных ма­териалов отличаются из-за влияния масштабного фактора (размера зерна), а также содержания и состояния граничных слоев. В порош­ковых сплавах и в деформированных металлических сплавах после рекристаллизационного отжига состояние граничного слоя макси­мально неравновесное. При 20 — 25°С с заметной скоростью и полнотой развиваются процессы рекристаллизации, а следователь­но, изменяются свойства. В порошковых керамических материалах свойства более устойчивы, так как для их изменения требуется от­жиг при 300—500°С. Теплоемкость нанокристаллических сплавов при низких температурах в 1,2—2 раза выше, чем у соответствующих аналогов, а при 20—25 °С несколько выше ее из-за высокой теплоемкости граничного слоя. Нанокристаллические сплавы сильнее расширяются при нагреве из-за более интенсивного (в 2— 2,5 раза) расширения граничного слоя по сравнению с зернами. У нанокристаллической меди при размере зерен 8 нм коэффициент теплового расширения вдвое превысил его значение у поликристаллической меди.

Удельное сопротивление нанокристаллических материалов вы­ше, чем у соответствующих аналогов, так как электроны проводи­мости сильнее рассеиваются на границах зерен. Так, у нанокристал­лических меди, никеля и железа с размерами зёрен 100—200 нм удельное электросопротивление при 20 °С возрастает соответст­венно на 15, 35 и 55 %. Уменьшение диаметра зерна меди до 7 нм повышает удельное электросопротивление в несколько раз.

Ферромагнетизм у нанокристаллических сплавов, получаемых из аморфных сплавов на основе железа, проявляется необычно. Как и следовало ожидать, образование нанокристаллической структуры в сплавах Fe81Si7B12 и Fe60Cr18Ni7SixB15-x сопровожда­ется повышением магнитной твердости. Коэрцитивная сила от исходного значения 40 А/м для аморфного состояния увеличива­ется в 125—700 раз.

В то же время разработаны сплавы с аморфно-кристаллической структурой, которые имеют комплекс свойств магнитомягкого ма­териала. Сплав Fe73.5CuNb3Si13.5B9 является одним из лучших в этой группе. После отжига при 530—550°С в течение 1 ч исходный аморфный сплав приобретает двухфазную аморфно-кристалли­ческую структуру — зерна твердого раствора кремния в железе с размерами 10—20 нм, окруженные аморфной оболочкой. При от­жиге кремний концентрируется в нанокристаллах, а медь, ниобий и бор — в аморфной фазе, содержание которой достигает 20—40 % (об.), при толщине оболочки около 1 нм (соответствует нескольким атомным слоям). Сплавы этого типа имеют близкую к нулю магнитострикцию (как сумму отрицательной магнитострикции нанокриcталлов и положительной магнитострикции аморфной фазы) и та­кую же малую константу магнитной кристаллографической анизо­тропии. Магнитные характеристики зависят прежде всего от раз­мера зерен. При оптимальном размере зерна (10—20 нм) сплав Fe73.5CuNb3Si13.5B9 имеет Bs = 1,24Тл, Нс = 0,53 А/м и = 105 (при частоте 1 кГц). Другие сплавы этой группы в зависимости от со­держания меди и условий отжига (простой отжиг, отжиг в про­дольном или поперечном магнитном поле) имеют разную форму петли гистерезиса (Br /Bs = 0,6—0,9).

Нанокристаллические материалы только начинают использо­вать. Часто основанием применения материала становится какое-либо одно свойство. Так, керамические материалы, содержащие нанокристаллические частицы металла, используют для поглоще­ния электромагнитного излучения в радиодиапазоне длин волн. Суспензии частиц железа с размерами от 30 нм до 1—2 мкм в сма­зочном масле восстанавливают изношенные детали, не прерывая работы двигателя.

При плазменных процессах могут быть получены материалы, у которых химический и фазовый составы, микроструктура и, следовательно, характеристики будут существенно отличаться от полу­чаемых традиционными методами. Это связано с неравновесными физико-химическими процессами, протекающими при их получе­нии и обработке.

В частности, при плазменном получении порошков на стадии их образования при конденсации из пара могут быть обеспечены условия, характеризующиеся огромными пресыщениями, приво­дящими к множественному зародышеобразованию конденсирую­щейся фазы при ограниченном времени роста частиц. Быстрый вы­вод их из зоны конденсации, препятствующий коагуляции, дает возможность получить вещество в ультрадисперсном (нанодисперсном) состоянии с размером частиц порядка сотни ангстрем.

В таких системах проявляются аномальные по сравнению с «массивными» частицами свойства, поскольку число атомов, находящихся на поверхности, становится соизмеримо с их общим чис­лом. Наличие избыточной поверхностной энергии частиц ультра­дисперсных порошков (УДП) приводит к существенному возраста­нию их активности.

 







Дата добавления: 2015-12-04; просмотров: 254. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Искусство подбора персонала. Как оценить человека за час Искусство подбора персонала. Как оценить человека за час...

Этапы творческого процесса в изобразительной деятельности По мнению многих авторов, возникновение творческого начала в детской художественной практике носит такой же поэтапный характер, как и процесс творчества у мастеров искусства...

Тема 5. Анализ количественного и качественного состава персонала Персонал является одним из важнейших факторов в организации. Его состояние и эффективное использование прямо влияет на конечные результаты хозяйственной деятельности организации.

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Философские школы эпохи эллинизма (неоплатонизм, эпикуреизм, стоицизм, скептицизм). Эпоха эллинизма со времени походов Александра Македонского, в результате которых была образована гигантская империя от Индии на востоке до Греции и Македонии на западе...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия