COMPARATIVE ANALYSIS OF THERMAL STABILITY OF AMORPHOUS STRUCTURE IN Fe40Ni40P14B6 AND Fe48Co32P14B6 METALLIC GLASSES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Crystallization kinetics of Fe40Ni40P14B6 and Fe48Co32P14B6 glasses at isothermal conditions was investigated in the temperature ranges of 617–662 and 683–714 K, respectively. The onset crystallization times were used as indicators of thermal stability. The transient behavior of crystal nucleation was established in the framework of the Kolmogorov–Johnson–Mehl–Avrami model and the combined Kolmogorov–Kashchiev model and both the degrees of non-stationarity and the times characterizing crystallization kinetics at steady-state and transient nucleation were determined. The temperature dependencies of the effective diffusivity governing transfer atoms across the interfaces and steady-state nucleation rates were calculated using the characteristic steady-state crystallization times and values of the crystal growth rates known from the literature. From these data the temperature dependencies of both the work of critical nucleation formation and the specific free energy of nucleus/matrix interface were found in the framework of the classical equation of homogeneous nucleation rate. From comparison between the experimentally measured and calculated for steady-state nucleation onset crystallization times it was established that the enhanced thermal stability of Fe48Co32P14B6 compared with that of Fe40Ni40P14B6 was caused by the lowered diffusion mobility and the higher degree of deviation of nucleation rate from its steady-state value.

About the authors

E. A. Sviridova

Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering; Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture

Email: ksvir@list.ru
Donetsk, 283048 Russia; Makeevka, 286123 Russia

S. V. Vasiliev

Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering; Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture

Email: ksvir@list.ru
Russian Federation, Donetsk, 283048 Russia; Makeevka, 286123 Russia

V. I. Tkatch

Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering

Author for correspondence.
Email: ksvir@list.ru
Russian Federation, Donetsk, 283048 Russia

References

  1. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей. М.: Наука, 1984. 232 с.
  2. Кёстер У., Герольд У. Кристаллизация металлических стекол / В кн. Металлические стекла. М.: Мир, 1983. С. 325–371.
  3. Скотт М.Г. Кристаллизация / В кн. Аморфные металлические сплавы. Под ред. Ф. Е. Люборского. М.: Металлургия, 1987. С. 137–164.
  4. Kelton K.F. Crystal nucleation in liquids and glasses // Solid State Phys. Advances Research Appl. New York: Acad. Press, 1991. V. 45. P. 75–177.
  5. Fokin V.M., Zanotto E.D., Yuritsyn N.S., Schmelzer J.W.P. Homogeneous crystal nucleation in silicate glasses: A 40 years perspective // J. Non-Cryst. Sol. 2006. V. 352. P. 2681–2714.
  6. Kelton K.F., Greer A.L. Nucleation in Condensed Matter, Applications in Materials and Biology. Oxford: Elsevier, 2010.
  7. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Ч. 1. М.: Мир, 1978. 806 с.
  8. Tiwari R.S. Analysis of steady state crystal nucleation in Metglas 2826 // J. Non-Cryst. Sol. 1986. V. 83. P. 126–133.
  9. Popov V.V., Tkatch V.I., Rassolov S.G., Aronin A.S. Effect of replacement of Ni by Co on thermal stability of Fe40Co40P14B6 metallic glass // J. Non-Cryst. Sol. 2010. V. 356. P. 1344–1348.
  10. Tkatch V.I., Vasiliev S.V., Svyrydova K.A. Identification of the onset crystallization time in metallic glasses at isothermal conditions // J. Non-Cryst. Sol. 2017. V. 463. P. 102–107.
  11. Колмогоров А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов // Изв. АН СССР. Сер. Матем. 1937. № 3. C. 355–360.
  12. Johnson W.A., Mehl R.E. Reaction kinetics in processes of nucleation and growth // Trans. Amer. Inst. Min. Met. 1939. V. 135. P. 416–434.
  13. Avrami M. Kinetics of phase change I. General theory // J. Chem. Phys. 1939. V. 7. No. 12. P. 1103–1112.
  14. Vasiliev S.V., Parfenii V.I., Tkatch V.I. A comparison of the transient behavior of nucleation in Fe40Co40P14B6 and Fe40Ni40P14B6 metallic glasses // J. Alloys Compd. 2020. V. 824. 153926.
  15. Kashchiev D. Solution of the non-steady state problem in nucleation kinetics // Surface Sci. 1969. V. 14. No. 1. P. 209–220.
  16. Thompson C.V., Greer A.L., Spaepen F. Crystal nucleation in amorphous (Au100-yCuy)77Si9 Ge14 alloys // Acta Metal. 1983. V. 31. No. 11. P. 1883–1894.
  17. Васильев С.В., Ткач В.И., Свиридова Е.А., Лимановский А.И., Цветков Т.В. Анализ нестационарного характера изотермического процесса зарождения кристаллов в металлических стеклах // Физ. техн. выс. давл. 2017. T. 27. № 1. C. 63–76.
  18. Vasiliev S.V., Tkatch V.I., Aronin A.S., Kovalenko O.V., Rassolov S.G. Analysis of the transient behavior of nucleation in the Fe40Ni40P14B6 glass // J. Alloys Compds. 2018. V. 744. P. 141–145.
  19. Васильев С.В., Парфений В.И., Першина Е.А., Аронин А.С., Коваленко О.В., Ткач В.И. Эффективные коэффициенты диффузии и термическая устойчивость структуры металлического стекла Fe48Co32P14B6 // ФTT. 2020. T. 62. № 12. C. 2012–2019.
  20. Vasiliev S.V., Parfenii V.I., Aronin A.S., Pershina E.A., Tkatch V.I. The effect of transient nucleation behavior on thermal stability of Fe48Co32P14B6 metallic glass // J. Alloys Compds. 2021. V. 869. 159285.
  21. Metglass Alloy 2826 / Alloy Digest. 1976. Nov. P. 4–5.
  22. Tkatch V.I., Rassolov S.G., Popov V.V., Kameneva V.Yu., Petrenko O.A. Thermal stability and saturation magnetization of a new series of amorphous Fe80-xCoxP14B6 (20 ≤ x < 40) alloys // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 2988–2992.
  23. Morris D.G. Crystallization of the Metglas 2826 amorphous alloy // Acta Metal. 1981. V. 29. P. 1213–1220.
  24. Morris D.G. Early crystallization behaviour of an amorphous metal alloy // Scripta Metallurg. 1982. V. 16. P. 585–588.
  25. Limoge Y., Barbu A. Cinetique et mecanisme de cristallsation par decomposition eutectique d’un alliage metallique amorphe: le systeme Fe40Ni40P14B6 // Acta Metal. 1982. V. 30. No. 12. P. 2233–2243.
  26. Васильев С.В. Анализ математических моделей, описывающих нестационарный характер зарождения кристаллов в стеклах // Физ. техн. выс. давл. 2020. T. 30. № 4. C. 1–15.
  27. Kashchiev D. Nucleation. Basic theory with applications. Barlington. MA: Butterworth-Heinemann, 2000. 529 p.
  28. Turnbull D., Fisher J.C. Rate of nucleation in condensed systems // J. Chem. Phys. 1949. V. 17. No. 1. P. 71–73.
  29. Набережных В.П., Ткач В.И., Лимановский А.И., Каменева В.Ю. Кристаллизация аморфного сплава Fe80B20 при нагреве с постоянной скоростью // ФMM. 1991. T. 71. № 2. C. 157–164.
  30. Herlach D.M., Palberg T., Klassen I., Klein S., Kobold R. Overview: Experimental studies of crystal nucleation: Metals and colloids // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. 211703.
  31. Thompson C.V., Spaepen F. On the approximation of the free energy change on crystallization // Acta Metal. 1979. V. 22. No. 12. Р. 1855–1859.
  32. Senkov O.N., Miracle D.B., Mullens H.M. Topological criteria for amorphization based on a thermodynamic approach // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. 103502.
  33. Ткач В.И., Свиридова Е.А., Васильев С.В., Коваленко О.В. Связь между структурными параметрами металлических стекол при температурах начала кристаллизации и пороговыми значениями эффективных коэффициентов диффузии // ФММ. 2017. Т. 118. № 8. С. 806–814.
  34. Vasiliev S.V., Svyrydova K.A., Vasylyeva N.V., Tkatch V.I. Description of non-isothermal crystallization kinetics of Fe48Co32P14B6 metallic glass using the isothermal analysis data // Acta Mater. 2023. V. 244. 118558.
  35. Kelton K.F., Spaepen F. A study of the devitrification of Pd82Si18 over a wide temperature range // Acta Metal. 1985. V. 33. No. 3. P. 455–464.
  36. Mathot V.B.F. Thermal analysis and calorimetry beyond 2000: challenges and new routes // Thermochim. Acta. 2000. V. 355. P. 1–33.
  37. Turnbull D. Formation of crystal nuclei in liquid metals // J. Appl. Phys. 1950. V. 21. No. 10. P. 1022–1028.
  38. Tkatch V.I. Determination of temperature dependence of the nucleus-melt interfacial tension for Fe40Ni40P14B6 alloy // Int. J. Non-Equilibr. Processing. 1998. V. 10. P. 339–352.
  39. Battezzati L. Thermodynamic quantities in nucleation // Mater. Sci. Eng. A. 2001. V. 304–306. P. 103–107.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».