Search academic texts

Registration Number

0523U100018, Doctoral dissertation

Title

Nanostructuring and its influence on the physical and chemical properties of amorphous alloys based on aluminum and iron

Author

Boichyshyn Lidia M., Кандидат хімічних наук

popup.head Boichyshyn Lidia M.
popup.advisor Boichyshyn Lidia M.
popup.opponent Roik Oleksandr Serhiyovych
popup.opponent Kolotilov Serhii V.
popup.opponent Zavalii Ihor Yu.

Status

Доктор хімічних наук, 02.00.04, Фізична хімія

Date

31-01-2023

Description

У роботі розкрито важливу фундаментальну наукову проблему щодо впливу термічно ініційованих процесів нанокристалізації в аморфних металевих сплавах на основі алюмінію та заліза на їхню атомну структуру, міжфазну морфологію, елементний склад та фізико-хімічні властивості. Зокрема з’ясовано, що вихідні зразки АМС систем Al‒РЗМ‒Ni/Fe (РЗМ  Y, Gd та Dy) та Fe‒Nb‒B‒РЗМ (РЗМ  Y, Gd, Tb та Dy) володіють особливою кластерною структурою і формуються, переважно, з атомів основних елементів, утворюючи гомоатомні пари Al‒Al та Fe‒Fe. У формуванні ближнього порядку також беруть участь атоми РЗМ та Ni/Fe (у випадку Al-АМС). Міжатомні відстані свідчать про донор-акцепторну електронну взаємодію у парах Al‒ПM, а між атомами Al та РЗМ простежується типовий металічний зв’язок. У випадку АМС на основі заліза можна стверджувати лише взаємодію РЗМ‒В. Водночас зменшення відстані Fe‒B, порівняно із сумою атомних радіусів елементів, зафіксовано лише у АМС Fe82Nb2B14Dy2, що може бути пов’язано з особливостями структури кластерів в присутності саме диспрозію. Існування у вихідних Al-АМС трьох основних типів атомних пар у першій координаційній сфері, а саме Al‒Al, Al‒РЗМ та Al‒Ni, утворення нанокристалів Al призводить до розшарування аморфної матриці на дві фази, збагачені РЗМ або Ni, відповідно. Подібний процес не спостерігається у випадку Fe-АМС, причиною чого є наявність великої кількості атомних пар Nb‒Nb, які, концентруючись на міжкластерних межах, утворюють під час відпалу дифузійні шари. Аналіз кінетики ізотермічної кристалізації показав, що ріст зерен (нанокристалів) має дифузійно-контрольований характер, а тому ніобієві шари обмежують ріст та запобігають об’єднанню наночастинок. Магнітні ізотерми РЗМ-легованих (Y, Gd, Tb, Dy) АМС системи Fe–Nb–B за температури 2 К у магнітному полі з величиною індукції до 7 Тл, описують феро/феримагнітну поведінку зразків з насиченням нижче 1 Тл. АМС поділяються на дві групи залежно від величини магнітонеоборотного ефекту (МІ-ефект). Для сплавів першої групи (Y- та Gd-леговані АМС) характерні відносно низькі значення ступеня магнітної необоротності ‒ близько 5 % за низьких температур, тоді як у випадку другої групи (сплави леговані Dy та Tb) ‒ більш ніж 50 % при 2 К. Якщо сплавам Fe82Nb2B14Y2 та Fe82Nb2B14Gd2 характерне високе значення μ (530 та 750, відповідно), то у АМС другої групи додатки РЗМ викликають локальну магнітну анізотропію, яка відповідає за зниження магнітної сприйнятливості майже у п’ять разів. Електрохімічні дослідження показали, що двома важливими факторами, які визначають корозійну тривкість досліджених сплавів систем Al‒РЗМ‒Ni/Fe та Fe‒Nb‒B‒РЗМ є товщина та щільність (поруватість) захисних оксидно-гідроксидних шарів, які формуються на поверхні зразків АМС під дією електрохімічних навантажень. Так збільшення числа циклів поляризації досліджених АМС-електродів призводить до зменшення струмів окиснення у водних розчинах NaCl та, навпаки, до їх зростання у лужному (КОН) середовищі в результаті потовщення/ущільнення та руйнування захисних шарів, відповідно. При цьому важливу роль відіграють також процеси електрохімічного виділення газів та оборотні редокс-перетворення сполук заліза. АМС-електроди систем Al‒РЗМ‒Ni/Fe та Fe‒Nb‒B‒РЗМ володіють електрокаталітичними властивостями щодо РВВ з водних лужних розчинів, при цьому ефективність процесу суттєво зростає за використання відпалених зразків. Електрокаталітична активність досліджених зразків АМС зумовлена збільшенням поверхневої концентрації Ni (для Al-AMC) і РЗМ (для Fe-AMC) в результаті електрохімічного окиснення-відновлення поверхні АМС та, відповідно, відпалу. З’ясовано, що найперспективнішими електродними матеріалами для електрохімічного виділення водню з лужних розчинів є відпалені зразки АМС Al87Ni8Y4Dy1 та Fe84Nb2B14Gd2.