Mechanical properties of amorphous metal alloy  Al87(Ni,Fe)8(REM)5 system as a result of short-term annealing

Х. Хрущик; А. Барильські; К. Аніолек; М. Каролус; Л. Бойчишин

doi:10.15330/pcss.25.1.178-184

Автор(и)

Х. Хрущик Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна; Сілезький університет в Катовіцах, Катовіце, Польща
А. Барильські Сілезький університет в Катовіцах, Катовіце, Польща
К. Аніолек Сілезький університет в Катовіцах, Катовіце, Польща
М. Каролус Сілезький університет в Катовіцах, Катовіце, Польща
Л. Бойчишин Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.178-184

Ключові слова:

аморфні металеві сплави на основі алюмінію, диференціальна скануюча калориметрія, мікротвердість, нанокристалізація, модуль Юнга

Анотація

Методом диференціальної скануючої калориметрії (ДСК) визначено температури фазових переходів аморфних металів на основі алюмінію Al₈₇(Ni,Fe)₈(REM)₅. За допомогою кінетичних моделей (модель Матусіта) передбачено механізми утворення та росту нанокристалів в аморфній матриці. Встановлено, що після відпалу при температурі стабільного росту нанокристалів утворюється рентгенаморфна структура з об’ємною часткою невпорядкованих нанокристалічних фаз твердого стану Al(X), GdFe₂, AlFe₂Ni, GdFe₂ для аморфного металевого сплаву (АМС). Утворюється сплав Al₈₇Y₄Gd₁Ni₄Fe₄ та мікрокристалічні фази твердого стану Al(X), GdFe₂ AlFe₂Ni для сплаву Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄, що істотно впливає на механічні властивості системи Al₈₇(Ni,Fe)₈(REM)₅. Досліджено вплив відпалу на механічні властивості аморфних сплавів на основі алюмінію за допомогою методів модуля Олівера-Фарра та Юнга. Встановлено, що термічна модифікація АМС: Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ в результаті термообробки АМС від 5 до 15 хв, мікротвердість зростає від 0,20 до 2,75 ГПа, а при термічній обробці протягом 60 хв за температур Т₃ = 645±5 , 647±5 К зменшується до 0,35 і 0,45 ГПа, відповідно.

Посилання

A. Inoue, S. Sobu, D. V. Louzguine, H. Kimura, & K. Sasamori, Ultrahigh strength Al-based amorphous alloys containing, Sc. J. Mater. Res., 19, (2004); https://doi.org/10.1557/JMR.2004.0206.

A. Inoue, N. Matsumoto, & T. Masumoto, Al–Ni–Y–Co Amorphous alloys with high mechanical strengths, wide supercooled liquid region and large glass-forming capacity, Mater. Trans., (1989); https://doi.org/10.2320/matertrans1989.31.493.

A. Inoue, Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys in Al–based systems, Progr. Mat. Sci., 43, 365 (1998); https://doi.org/10.1016/S0079-6425(98)00005-X.

W Li, L.T. Kong, J.F. Li. Thermal stability and crystallization behavior of Al86Ni9Y5 amorphous alloys with different Si addition, Mater. Charact., 194, 112387 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112387.

L.М. Boichyshyn, K.І. Khrushchyk, M.O Kovbuz., et al. Specific Features of the Transition of Amorphous Al87REM5Ni8(Fe) Alloys Into the Crystalline State Under the Influence of Temperature, Mater. Sci., 55(1), 17 (2019); https://doi.org/10.1007/s11003-019-00246-7.

Jiaojiao Yi, Liqiao Yue, Rongjie Xue, Yin Wang, et al. Mechanism underlying two-step separated fcc-Al crystallization in Al-based metallic glasses, Mater. Lett., 15, 130488 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130488.

Shuo Zhang, Kai Chong, Zhibin Zhang. Crystallization behavior and corrosion resistance of Al86Ni10Zr4 amorphous alloy under different annealing treatment conditions, J. Non Сryst. Solids., 593(1), 121775 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121775.

S. I. Mudry, Yu. O. Kulyk, L. M. Boichyshyn. Nanocrystallization of amorphous alloys Al87Ni8Dy5 indused by head treatment, Mater. Today: Proc., 62, (2022); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.08.025.

Michael C. Gao, G.J. Shiflet. Devitrification sequence map in the glass forming Al–Ni–Gd system, Scr. Mater., 53(10), 1129 (2005); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.07.021.

W.T. Kim, M. Gogebakan, B. Cantor, Heat treatment of amorphous Al85Y5Ni10 and Al85YIONi5 alloys, (1997) Mater. Sci. Eng., 226228, (1997);

J.J. Yi, L.T. Kong, M. Ferr,et al, Origin of the separated α-Al nanocrystallization with Si added to Al86Ni9La5 amorphous alloy, Mater. Charact., 178, 111199 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111199.

J. Q. Wang, H. W. Zhang, X. J. Gu, K, et al, Identification of nanocrystal nucleation and growth in Al 85Ni5Y8Co2 metallic glass with quenched¬in, Appl. Phys. Lett. ,80, 3319 (2002); https://doi.org/10.1063/1.1476388.

H. W. Sheng, Y. Q. Cheng, P. L. Lee, et al, Atomic packing in multicomponent aluminum-based metallic glasses, Acta Mater., 56, 6264 (2008); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.08.049.

Y. E. Kalay, I. Kalay, J. Hwang, et al, Local chemical and topological order in Al-Tb and its role in controlling nanocrystal formation, Acta Mater., 60, 994 (2012); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.11.008.

K. Khrushchyk, L. Boichyshyn, V. Kordan, Influence of annealing on mechanical properties of alloys of Al-REM-Ni(Fe), Mater. Today: Proc., 62, 5739 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.343.

M. Avrami, Kinetics of phase change. I General theory, J. Chem. Phys., 7, (1939); https://doi.org/10.1063/1.1750380.

J.A.Augis. Calculation of the Avrami parameters for heterogeneous solid state reactions using a modification of the Kissinger method, J. Thermal Anal., 13, 283 (1978); https://doi.org/10.1007/bf01912301.

S.H. Al¬Heniti, Kinetic study of non¬isothermal crystallization in Fe78Si9B13 metallic glass, J. Alloys Compd., 484, 177 (2009); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.05.07.6.

B. Adnadevic, B. Jankovic, D.M. Minic. Kinetics of the apparent isothermal and non¬isothermal crystallization of the α¬Fe phase within the amorphous Fe81B13Si4C2, J. Phys. Chem. Sol., 71 (7), 927 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2010.04.009.

Y. Yinnon, D.R. Uhlmann, Applications of the thermoanalytical techniques to the study of crystallization kinetics in glass¬forming liquids, part I: Theory, J. Non¬Cryst. Sol, 54(3), 253 (1983); https://doi.org/10.1016/0022-3093(83)90069-8.

M. Vasic, D.M. Minic, V.A. Blagojevic, Mechanism and kinetics of crystallization of amorphous Fe81B13Si4C2 alloy, Thermochim. Acta, 572, 45 (2013); https://doi.org/10.1016/j.tca.2013.09.027.

Young RA ,The Rietveld method, (1993); Oxford University Press

L.B. McCusker, R.B. Von Dreele, D.E. Cox, D. Louër, P. Scardi, Rietveld refinement guidelines, J. Appl. Crystallogr, 32, 36 (1999); https://doi.org/10.1107/S0021889898009856.

Wiliamson GK, Hall WH (1953) Acta Metall 1:22.

S. Ahmadi, H.R. Shahverdi, S. S. Saremi, Nanocrystallization of α – Fe crystals in Fe52Cr18Mo7B16C4Nb3 bulk amorphous alloy, J. Mater. Sci. Technol., 27(6), 497 (2011); https://doi.org/10.1016/S1005-0302(11)60097-2.

D.M. Minic, A. Maricic, B. Adnadevic. Crystallization of α¬Fe phase in amorphous Fe81B13Si4C2 alloy, J. Alloys Compd., 473 (1-2), 363 (2009); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.05.087.

A.H. Moharram, M. Abu El-Oyoun, M. Rashad. Crystallization kinetics of two overlapped phases in As40Te50In10 glass, Thermochim. Acta., 555, 57 (2013); https://doi.org/10.1016/j.tca.2012.12.019.

D. Janovszky, M. Sveda, A. Syncheva, et al, Amorphous alloys and differential scanning calorimetry (DSC), J. Ther. Anal., 147, 7141 (2021); https://doi.org/10.1007/s10973-021-11054-0.

Si P, X. Bian, W. Li, J. Zhang, Z. Yang, Relationship between intermetallic compound formation and glass forming ability of Al–Ni–La alloy, Phys. Lett. А., 319 (3-4), 424 (2003); https://doi.org/10.1016/j.physleta.2003.10.060.

R. Babilas, K. Mlynarek-Zak, W. Lonski, Et al, Study of crystallization mechanism of Al-based amorphous alloys by in-situ high temperature X-ray diffraction method, Sci. Rep., 12(1), (2022); https://doi.org/10.1038/s41598-022-09640-9.

T. Mika, M. Karolus, G. Haneczok, L. Bednarska, E. Lagiewka, B. Kotur, Influence of Gd and Fe on crystallization of Al87Y5Ni8 amorphous alloy, J. Non-Cryst. Sol., 354 (27), 3099 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2008.01.020.