بررسی سینتیک تبلور آلیاژ شیشه ای Co-Fe-Ta-Hf-B تولید شده با روش مذاب ریسی با پایداری حرارتی بالا در حالت گرمایش پیوسته
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
امیرحسین تقوایی
1
(استادیار و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران)
نازنین قاسمعلی نژاد شیرازی فرد
2
(دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد ، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران)
کلید واژه: آلیاژ شیشهای, مذاب ریسی, سینتیک تبلور, رفتار خود کاتالیزوری,
چکیده مقاله :
آلیاژهای شیشهای پایه کبالت به دلیل خصوصیات مغناطیسی نرم عالی و مقاومت به خوردگی بالا همواره مورد توجه محققان قرار گرفتهاند. در این پژوهش، نوارهای آلیاژ شیشهای Co-Fe-Ta-Hf-B با پایداری حرارتی بالا توسط روش مذاب ریسی ساخته شد و در ادامه سینتیک تبلور آن به طور سیستماتیک در حالت عملیات حرارتدهی پیوسته در نرخهای متفاوت گرمایش مطالعه گردید. مقادیر انرژی فعال سازی ظاهری و جزیی تبلور، مقدار استحاله انجام شده بر حسب دما و نیز سایر پارامترهای سینتیکی توسط مدلهای سینتیکی مرسوم نظیر اوزاوا محاسبه شدند. همچنین، سینتیک تبلور آلیاژ تولیدی توسط دو مدل سینتیکی مشهور جانسون-مهل-آورامی و سستاک-برگرن بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد که انرژی فعالسازی جزیی تبلور با افزایش درصد فاز بلوری افزایش مییابد. همچنین مقدار متوسط انرژی فعال سازی مطابق مدل کسینجر kJ/mol 664 محاسبه گردید که این عدد در مقایسه با بسیاری از آلیاژهای شیشهای بزرگتر و خود موید پایدار حرارتی بالای این آلیاژ میباشد. تحلیل نتایج به دست آمده نشان داد که الگوی جانسون-مهل-آورامی مدل مناسبی برای مطالعه سینتیک تبلور این آلیاژ نبوده و مدل سستاک-برگرن به دلیل رفتار خودکاتالیزوری و پیچیدگی پروسه تبلور مدل سینتیکی مناسبتری جهت بررسی سینتیک تبلور این آلیاژ می باشد.
Co-based metallic glasses have attracted the attention of many researchers due to their excellent magnetic softness, as well as their high corrosion resistance. In the present research, Co-Fe-Ta-Hf-B glassy ribbon with a high thermal stability was prepared by melt-spinning and its isochronal crystallization kinetics at different heating rates was systematically investigated. The apparent and local activation energy of crystallization, the fraction of crystals at different temperatures and other kinetics parameters were calculated according to Ozawa method. In addition, the devitrification kinetics of the produced glass was studied based on the well-known Jahnson-Mehl-Avrami (JMA) and Sestak-Berggren (SB) models. The results indicated that the local activation energy increases with progress of crystallization. Furthermore, the average activation energy calculated based on the Kissinger model was 664 kJ/mol, which is larger than many other metallic glasses, and confirms a high thermal stability of this alloy. It was shown that the JMA model cannot be used for analysis of the crystallization behavior of the present alloy and due to a complex and autocatalytic nature of crystallization, the SB model gives more liable results for investigation of crystallization kinetics.
References:
1- C. Suryanarayana and A. Inoue, "Bulk metallic glasses", Materials Science and Engineering: A, Vol. 375, pp. 785-788, 2004.
2- W. H. Wang, C. Dong and C. Shek, "Bulk metallic glasses", Materials Science and Engineering: R: Reports, Vol. 44, pp. 45-89, 2004.
3- H. K. Lachowicz , T. Kulik, R. Zuberek, L.Malkinski, M. Kuzminski, A. Slawska and J. S. Munoz "Tailoring soft and hard magnets by annealing Co-based metallic glass", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol.190, pp. 267-276, 1998.
4- A. Inoue, B. L. Shen, H. Koshiba, H. Kato and A. R. Yavari,"Ultra-high strength above 5000 MPa and soft magnetic properties of Co–Fe–Ta–B bulk glassy alloys", Acta Materialia, Vol. 52, pp. 1631-1637, 2004.
5- A.H Taghvaei, M. Stoica, M. Samadi, I. Kaban and K. Janghorban "DSC, XRD and TEM characterization of glassy Co40Fe22Ta8B30 alloy with very high thermal stability", Materials Letters, Vol. 93, pp. 322-325, 2013.
6- ن.قاسمعلی نژاد شیرازی فرد و ا.ح.تقوایی،" بررسی رفتار حرارتی آلیاژ شیشهای Co40Fe22Ta5.5Hf2.5B30 تولید شده با روش مذاب ریسی،" ششمین کنفرانس بین المللی مهندسی مواد و متالورژی، آبان 1396.
7- H. E. Kissinger, "Reaction kinetics in differential thermal analysis," Analytical chemistry, Vol. 29, , pp. 1702-1706, 1957.
8- T. Ozawa, "A new method of analyzing thermogravimetric data," Bulletin of the chemical society of Japan, Vol. 38, pp. 1881-1886, 1965.
9- YQ. Gao and W. Wang, "On the activation energy of crystallization in metallic glasses," Journal of Non-Crystalline solids, Vol. 81, pp. 129-134, 1986.
10- K. Song, X. Bian, J. Guo, X. Li, M. Xie, and C. Dong, "Study of non-isothermal primary crystallization kinetics of Al84Ni 12Zr1Pr3 amorphous alloy," Journal of Alloys and Compounds, Vol. 465, , pp. L7-L13, 2008.
11- M. Shapaan, J. Gubicza, J. Lendvai, and L. K. Varga, "Crystallization behavior of (Fe 100− x Co x) 62Nb8B30 bulk amorphous alloy," Materials Science and Engineering: A, Vol. 375, pp. 785-788, 2004.
12- Z.Jamili-Shirvan, M. Haddad-Sabzevar, J. Vahdati Khakiand and K. Yao, " Thermal behavior and non-isothermal crystallization kinetics of (Ti41Zr25Be28Fe6)93Cu7 bulk metallic glass”, Journal of Non-Crytsalline Solids, Vol. 447, pp. 156-166, 2016.
13- A. H. Taghvaei and J. Eckert, " A comparative study on the isochronal and isothermal crystallization kinetics of Co46.45Fe25.55Ta8B20 soft magnetic metallic glass with high thermal stability”, Vol. 675, pp. 223-320, 2015.
14- N. Clavaguera, M. Clavaguera-Mora, and M. Fontana, "Accuracy in the experimental calorimetric study of the crystallization kinetics and predictive transformation diagrams: Application to a Ga–Te amorphous alloy", Journal of Materials research, Vol. 13, pp. 744-753, 1998.
15- J. Málek, "Kinetic analysis of crystallization processes in amorphous materials", Thermochimica Acta, Vol. 355, pp. 239-253, 2000.
16- J. Wang, H. C. Kou, J. S. Li, X.F.Gu, L. Q. Xing and LZhou, "Determination of kinetic parameters during isochronal crystallization of Ti 40 Zr25Ni8Cu 9 Be18 metallic glass", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 479, pp. 835-839, 2009.
_||_