Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН г. Черноголовка, Московская обл., Россия Возможности пакетной прокатки и диффузионной. - презентация

1 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

2 Работа посвящена исследованию многослойных ком- позитных материалов, в которых микро- и нанометровыми элементами выступают слои металла. Если в кристалличе- ских 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 много- слойный 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 температу- ре до ленты тонкого сечения. В первом цикле пакеты соби- рается из чередующихся фольг двух или более разнородных металлов или сплавов, а в каждом из последующих циклов уже из многослойных фольг после предыдущего цикла. Та- ким образом, отдельная фольга претерпевает колоссальную суммарную деформацию.

3 Рис. 1. Получение многослойных композитов. Схема одного цикла Сборка пакета Вакуумная горячая прокатка Холодная прокатка Фольга толщиной 0,5 мм Слой толщиной 10 нм за три цикла Многослойные композиты: Cu/Fe, Cu/Nb, Cu(Nb/NbTi), Cu[Cu(Nb/NbTi)], Cu(Nb/NbZr), Cu/Ag. Отличительная особенность этой группы композитов заключалась в том, что ожидаемые свойства, например сверхпроводящие, проявлялись непосредственно после прокатки в последнем цикле.

4 В сверхпроводящих композитах с сплавами Nb-30 и 50 масс.%Ti закрепление вихревых нитей происходило на межслойных границах. Об этом свидетельствовала анизо- тропия критической плотности тока j c|| /j c, достигавшая в магнитном поле 7 Тл гигантских значений , если критический ток измерять при параллельной (||) и перпенди- кулярной ( ) ориентации плоскости прокатки композита по отношению к направлению внешнего магнитного поля. Композит Cu(Nb/NbTi) Рис. 2. Микроструктура поперечного сечения многослойных лент Cu/Nb/Nb31Ti: а – растровая электронная микроскопия; б и в – просвечивающая электронная микроскопия, аб в

5 Рис. 3. Зависимости j c от H для композита Nb/Nb30Ti Рис. 4. j c /j c в зависимости от толщины слоя из сплавов ниобия с 31 (1, 2 и 6) и 50%Ti (3-5) в Н = 6 Т Н плоскости прокатки Н || плоскости прокатки 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.

6 Ni 3 Al Ni(Al) Рис. 5. Композит Ni/Al. Диффузионная сварка под давлением (а) 600 С/2 ч C/30 мин; слоистая структура – чередующиеся слои Ni 3 Al и тв. р-ра Al в Ni; (б) 600 С/2ч C/1 ч; структура – слои соединения Ni 5 Al 3 а б

7 TiNi 3 TiNi Ti 2 Ni тв. р-р Ni в Ti Композит Ti/Ni 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 + TiNi 3 (игольчатые выделения), как основная структурная составляющая и выделения интерметаллида TiNi 3 TiNi 3 a б

8 Нанокомпозит Cu[Cu12Sn/(Cu/Nb)] Cu12Sn 4 Cu/Nb- фольги после 2-го цикла Cu Cu(Sn) Cu(Nb)/Nb 3 Sn Cu Отжиг при С Cu Cu(Sn) Cu(Sn)/Nb3Sn