VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одним из современных и интенсивно развивающихся методов получения нанокристаллических порошковых материалов является метод механического сплавления (МС). При использовании МС, как правило, образуются сплавы, содержащие аморфные или нанокристаллические фазы, в связи с чем, такой метод синтеза металлических сплавов является составной частью современных нанотехнологий. Области технического применения нанокристаллических порошковых сплавов могут быть различными в зависимости от их физико-химических свойств. Известно, что сплавы на основе Fe являются базовыми в целом ряде металлических материалов промышленного назначения.

Механохимический синтез сплавов на основе железа с различными р- элементами, проводился в ряде работ [1]. В данной работе исследовались механосинтезированные сплавы системы железо-германий, полученные при шаровом помоле порошков индивидуальных компонентов. Динамическая деформация при помоле обеспечивает высокую подвижность атомов и массоперенос, не связанный с термической диффузией. В этом заключается процесс механического сплавления.

Для получения сплавов Fe-Ge использовались Fe – чистотой 99,9% со средним размером частиц 40 мкм и Ge – 99,97% с размером частиц 70-100 мкм. Механическое сплавление проводили в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице МАПФ-2М из стали ШХ-15 в атмосфере аргона при водяном охлаждении барабана. Для исследования продуктов помола использовали метод рентгенодифракционного анализа (ДРОН-4-07, монохроматизированное CuKα_излучение). Компьютерная обработка данных рентгенодифракционного анализа проводилась с использованием набора программ X-RAYS.

Фазовая диаграмма Fe - Ge (Рис. 1) характеризуется наличием шести фаз, а именно: Fe₃Ge, , ,  (Fe₆Ge₅), FeGe и FeGe₂ [2]. Установлено, что граница растворимости Ge в Fe соответствует 10 ат. % Ge , кроме того, в области, богатой железом, наблюдается образование ОЦК твердого раствора со структурой типа B2.

Рис. 1. Фазовая диаграмма системы Fe –Ge.

Фаза 1 образуется по реакции второго порядка. Растворимость Ge в 1 - фазе убывает при понижении температуры от 1130 до 900°С, но при Т< 900°С возрастает [2]. Германид железа стехиометрического состава FeGe имеет три полиморфных модификации, существующие в разных температурных интервалах. У низкотемпературной модификации — T < 748°C — ГЦК структура типа FeSi (В20) с

параметром решетки а = 0,4700 нм; модификация, существующая при 748 < T< 928°C, имеет гексагональную структуру типа В35 с пространственной группой D¹_6h (C6/ mmn), параметры решетки гексагональной модификации FeGe: a = 0,4900, c = 0,4046 нм и с/а = 0,8257.

В результате исследования механосинтезированных сплавов Fe-Ge установлена последовательность образования фаз при помоле Fe₅₀Ge₅₀. Так, после 30 мин МС наблюдается образование фазы FeGe₂ с тетрагональной структурой (С16). После 60 мин МС образец содержит три фазы: FeGe₂, β-Fe₅Ge₃ и FeGe. Такая последовательность образования фаз при помоле эквиатомной смеси вполне объяснима с позиции сравнения энтальпий образования различных германидов железа в ряду FeGe₂  Fe₅Ge₃  FeGe  Fe₃Ge (∆H_обр, кДж/моль, соответственно: -18; -11; -9; -8) [3]. В ряду соединений Fe c Ge наибольшей отрицательной энтальпией образования характеризуется фаза FeGe₂, поэтому ее появление на начальных этапах помола предпочтительно. После 120 мин МС образец достигает однофазного состояния и содержит только фазу FeGe с кубической структурой В20, что соответствует низкотемпературной модификации моногерманида. Период решетки образовавшегося FeGe равен а=0,4707 нм, таким образом, фаза является нанокристаллической, характеризуется средним размером ОКР D ~15 нм и величиной микродеформации решетки ^1/2 ~ 0.25%.

Список литературы

1. Surinarayana C.Mechanical alloying and milling. N.Y.: Marsel Dekker Inc., 2004.

2. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа: Справочник / Ортруд Кубашевски ; Под ред. Л. А. Петровой, М.: Металлургия, 1985, 183 с.

3. Л.М. Кубалова, В.И. Фадеева. Структура механосинтезированных сплавов железа с р -элементами (Al, Si, Ge, B) эквиатомного состава // Известия РАН. Серия физическая, 2014, Т. 78, № 1, с. 131–134.

Код для цитирования: Скопировать