Transcript Возможности пакетной прокатки и диффузионной сварки для

Учреждение Российской
академии наук Институт
физики твердого тела РАН
г. Черноголовка,
Московская обл., Россия
Возможности пакетной прокатки и
диффузионной сварки для получения
многослойных микро- и нанокомпозитных
функциональных материалов
В.П. Коржов, М.И. Карпов
Работа посвящена исследованию многослойных композитных материалов, в которых микро- и нанометровыми
элементами выступают слои металла. Если в кристаллических материалах размерным фактором является диаметр
зерен то в многослойных композитах – толщина слоёв. Для
получения многослойных нанокомпозитных материалов
разработана технология повторяющейся пакетной прокатки.
Суть технологии: вначале каждого цикла собирается многослойный пакет, который подвергается сначала прокатке на
вакуумном прокатном стане с предварительным нагревом,
после чего пакет сваривается, превращаясь в монолитную
заготовку, и затем прокатывается при комнатной температуре до ленты тонкого сечения. В первом цикле пакеты собирается из чередующихся фольг двух или более разнородных
металлов или сплавов, а в каждом из последующих циклов
уже из многослойных фольг после предыдущего цикла. Таким образом, отдельная фольга претерпевает колоссальную
суммарную деформацию.
Сборка
пакета
Вакуумная
горячая прокатка
Холодная
прокатка
Рис. 1. Получение многослойных композитов. Схема одного цикла
Слой толщиной 10 нм
за три цикла
Фольга толщиной
0,5 мм
Многослойные композиты: Cu/Fe,
Cu(Nb/NbZr), Cu/Ag.
Cu/Nb,
Cu(Nb/NbTi),
Cu[Cu(Nb/NbTi)],
Отличительная особенность этой группы композитов
заключалась в том, что ожидаемые свойства, например
сверхпроводящие, проявлялись непосредственно после
прокатки в последнем цикле.
Композит Cu(Nb/NbTi)
В сверхпроводящих композитах с сплавами Nb-30 и
50 масс.%Ti закрепление вихревых нитей происходило на
межслойных границах. Об этом свидетельствовала анизотропия критической плотности тока jc||/jc, достигавшая в
магнитном поле 7 Тл гигантских значений 1000-2000, если
критический ток измерять при параллельной (||) и перпендикулярной () ориентации плоскости прокатки композита по
отношению к направлению внешнего магнитного поля.
а
б
в
Рис. 2. Микроструктура поперечного сечения многослойных лент
Cu/Nb/Nb31Ti: а – растровая электронная микроскопия; б и в –
просвечивающая электронная микроскопия,
100000
4
10000
6
1
2
jc, А/см
Н || плоскости прокатки
1000
Н  плоскости прокатки
3
100
10
5
7
2
3
4
5
6
Магнитное поле, Т
7
Рис. 3. Зависимости jc от H для
композита Nb/Nb30Ti
Анизотропия j c
8
2
-1
-2
-3
-4
-5
-6
1000
100
10
1
1
10
100
Толщина NbTi-слоя, нм
Рис. 4. jc/jc в зависимости от
толщины слоя из сплавов ниобия
с 31 (1, 2 и 6) и 50%Ti (3-5) в Н = 6 Т
Композит Ni/Al
Вторая группа – композиты из металлов c неограниченной
растворимостью или образующих химические соединения:
Nb/Al, Ni/Al, Nb/Ti, Ti/Ni, Ti/Al и трёхкомпонентный композит
Cu12Sn/(Cu/Nb). Они являются исходными для получения
функциональных материалов после термической обработки.
Ni3Al
а
б
Ni(Al)
Рис. 5. Композит Ni/Al. Диффузионная сварка под давлением (а) 600С/2 ч +
1100C/30 мин; слоистая структура – чередующиеся слои Ni3Al и тв. р-ра
Al в Ni; (б) 600С/2ч + 1100C/1 ч; структура – слои соединения Ni5Al3
Композит Ti/Ni
TiNi3
б
a
Ti2Ni
TiNi
TiNi3
тв. р-р Ni в Ti
Рис. 6. Микроструктура поперечного сечения микрокомпозитной ленты
TiNi : (a) после прокатки и отжига при 800С; (б) после прокатки и
термической обработки при 1000С по давлением; структура – эвтектика
TiAl + TiNi3 (игольчатые выделения), как основная структурная
составляющая и выделения интерметаллида TiNi3
Нанокомпозит Cu[Cu12Sn/(Cu/Nb)]
Cu12Sn
4 Cu/Nbфольги после
2-го цикла
Cu
Отжиг при
600-950С
Cu(Sn)
Cu(Nb)/Nb3Sn
Cu
o
Sn 5.4-600 C, 265 ч
jc рассчитано
на сечение Сu/Nb Н перпендикулярно
1
плоскости прокатки
Cu(Sn)
100000
2
jc, А/см
Cu
H параллельно
плоскости
прокатки
2
1
jc рассчитано на
всё сечение
2
Cu(Sn)/Nb3Sn
10000
2
3
4
5
6
Магнитное поле, Т
7