Теплофизические свойства железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов при высоких температурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

УРАЛЬСКИЙ ' ОРДЕНА ТРУДОЮГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. М. КИРОВА

На правах рукописи

КАН1УЕВ Вячеслав Михайлович

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫХ И ЖЛЕЗО-КОБАЛЬТОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Специальность 01.04.Т4- Теплофи»ика и молекулярная фи»ика

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург 199Г

)

N

Работа выполнена ва кафедре физики Уральского ордена Трудового Красного Знамени горного института имени В.Б.Вахрушева

Научный руководитель- доктор физико-математи'Е ских

.наук, профессор Зиновьев В.Е. Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор Кащенко Ы.П.; кандидат физико-математических наук, с.н.с. Сердш Ю.Ф.

Ведуиее предприятие -Институт металлургии им.А.А.БайкоЕа

АН СССР, г.Г'осква

Защита состоится " * 1991 г. на заседании

специализированного совета К 063.14.II при Уральском политехническом институте им.С.М.Кярова в # . ч 00 мин ауд. Фт-419, 5-й учебный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться з библиотеке УПК им.СЛг.Ки-оова.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, '£катеринбурГ,К-2, УПК имени С.М.Кирова, ученому секретарю института, тел.44-85-74.

Автореферат разослав " -■А' " г^'ётф-р 1991 г.

Ученый секретарь -

специализированного совета,.

кандидат физико-математических •

наук 'Ц&у Е.Б.Конопенко

¡тгций

ОБЩАЯ ХАРАКТЭРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Сплавы на основе железа составляет

важнейшую часть элементной базы металлургии и машиностроения. Получение сведений о их свойствах до сих пор является важной научной задачей, имеющей большую практическую ценность. Удивительно, что до настоящего времени одна из наиболее изученных систем - железо-никель^ не обеспечена исследованиями теплофи -зических свойств при средних и высоких температурах. Б частности, для этой система.имеется лишь малочисленные литературные данные о теплоемкости и электросопротивлении,а сведения о по -ведении тепло-и температуропроводности фактически отсутствуют. С практической точки зрения актуальность поставленной работы вызвана необходимостью получения справочной информации о теп-лофизических свойстзах этих базовых в металлургии и специальном машиностроении сплавов для оптимизации технологических процессов термообработки. С научной, точки зрения исследование комплекса кинетических теплофизяческих свойств сплавов яелезо-никель и яелезо-кобальт при средних и высоких температурах позволит понять механизмы рассеяния электронов в этих сплавах, что особенно важно для. у - области, где геле во с никелем и кобальтом образует.непрерывный ряд твердых растворов. Данная работа является-частью комплексного исследования, посвящеяно -го теплофизическим свойствам металлов и сплавов при высоких температурах, выполняемого на -кафедре физики Уральского гор -яого института им.В.В.Бахрушева и научно-исследовательских работ АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика в теплоэвер -гетика" (дшфр 1^9.1) в 1986-1990 гг.

Цель работы состояла:

- в усовершенствовании методики измерения концентрационно-тем -пературных зависимостей коэффициента температуропрогодности сплавов методом плоских температурных волн в интервале температур от 900 до 2000 К ;

- в экспериментальном исследования температуропроводности, электросопротивления, энтальпии и теплоемкости сплавов системы

Ге-Ас и Ре- &о в широком интервале средних и высоких температур ;

- в получении данных о коэ?гициентсх теплопроводности и функциях Лоренса для указанных сплавов и анализе температурно-кояцен-трацпонных зависидастеЕ тепло£изпческях свойств исследованных сплавоБ с целью установления взаимосвязи этих сбойстб с соста -вом, Фазовым состоянием а параметрами' электронной структуры ;

- в выявлении особенностей механизмов переноса тепла и ргссея -вия электронов и соновоб в сплавах железо-никель и железо- ко -бальт и, в частности, установлении соотношения кегду вкладами, обусловленными рассеяькем на спиновых неоднородвостях, и зон -выки вкладами, обусловленными рассеянием кинетических электронов в &- полосу.

Научная новизна. Впервые получены данные о тепле- и температуропроводности (при температурах 900-1700 К), дополненные сведениями об элег.тросопротивлекг^ (при температурах 4,2 ; 293 -1600 К) 15 сплавов системы Ре-Л'с и 17 сплэеов системы Ре -

1к> , с помощью которых уточнены точки аяомалиЕ структурных переходов ; разработан метод определено: точек аномалий структурных разовых переходов для двойных сплэеое, а такме уточнен характер аномалии и положение ч.-чек разовых переходов е сплавах системы нелезо-никель и гелезо-кобальт. Показано, что в -

4

области сплава - 29,3 наблюдаются аномалии, свидетель-

ствуйте о возмозиом сохраяэпии-структурного упорядочения и в этой области, несмотря на отсутствие сведений о такой возмох -ностя лз разовой дг-тракг-ы. Показано, что правило Маттяссэна в случае исследованиях сплавов является весьма грубил приближением для описания температурио-кондентрапионных зависимостей твердых растворов, прячем добавочное сопротивление может возрас -тать ил к убывать с температурой.. Показано, что характер поведения электро- я теплопроводности твердых растгоров никеля в же -леэе удовлетворительно описывается в моделя рассеяния на раз -упорядоченных спинах, в то время как сплавы богатые никелем болызе соответствуют представлюпиям, следующая лз зпнноЯ ^ -с1 модели Мотта, а в сплавах -еле за с кобальтом наблюдается ссче -танле обоих механизмов рассепия'. Показано, что в концентрированных сплавах исследованных систем явно на*пасется эи^екты взаимного эляяпкя примесного, Цененного и магнитного вкладов, приво -дяшяе к взаимному демпфированию составляющих электросопротявле -пит, а пря температуре плавления начинают проявляться э'У^окты, связанные с приближением длины свободного пробега электронов к межатомному расстоянию, приводящие к существенному умеяьнеяпг ■ примесного вклада в электросопротивление я стремлении числа До -ренца к стандартному значению.

Практическая пеяность. Усовершенствована методика измере -зия коэффициента темлерзтуропроводностя с использованием моду -лягии электронного потека по гармоническому закону, позволявшая яссдедовать текяературно-кояаентрацйонные завистаостя свойств сплавов в интервале температур от 900 '£ до точки плавления. Разработаны методика высокочувствительного определения точек аномалий структурных, ^азогых переходов и способ изучения пара -

метров таких переходов в сплавах. Для одних и тех же образцов сплавов системы железо-никель и железо-кобальт получен комплекс сведений об электросопротивлении, тепло- и температуропроводности и теплоемкоеги, что с совместно полученными ранее данными по упругим мехавичеоким характеристикам и параметрам распростране -. яия скоростей ультразвука позволили получить надежный материал справочного характера и установить корреляции этих физических свойств в широком интервале температур и концентраций.

Автор защищает:

I. Результаты исследований комплекса теплофизических и электрических свойств -15 сплавов системы железо-никель и 17 сплавов систеш железо-кобальт в интервале температур от 900 К до точки плавления (для электросопротивления - от 4,2 до 1600 К).

"2. Результаты исследований аномалий теплофизических свойств указанных сплавов в районах точек магнитных и структурных фазовых переходов.

3. Усовершенствованную мегодику измерения температурно -концентрационных зависимостей коэффициента температурепровод -аости, основанной на методе плоских температурных волн и электронном нагреве.

4. Результаты исследования корреляции между электрическими и теплофизическими свойствами сплавов на основе железа при высоких температурах и анализа основных механизмов рассеяния элект -ронов в сплавах систем железо-никель и железо-кобальт.

Апробация работы. Основные результаты работы докладнва -лвзь на: 111 Международном конгрессе "Термическая обработка" (Москва, 1990 ) ХП Европейской конференции по теплофизичес -ким свойствам веществ (Бена, 1990) ; УШ Всесоюзной конференции

по теплофизическш свойствам веществ (Новоеябирск, 1988); УШ Всесоюзной конференция по методам получения я анализа высокочисты.х веществ (ХЬрький, 1988); П Всесоюзной конференции по модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Свердловск, 1991) ; ЕЛ Всесоюзном совещания "Получение, струк -тура, физические свойства я применение высокочистых я мояокряс -таллических тугоплавких и редких металлов" (Суздаль,1990) ; П Всесоюзном совещания "Метастабяльные разовые состояния - тепло-физические свойства и кинетика релаксации" (Свердловск,1989) ; Научней конференции "Исследования колотых научных сотрудников в области химии, Физики, информатики" (Улан-Удэ, 198Э).

Структура я объем работы. Дкссэртагля состоит из введения, четырех глав, заключения, с::::зяа цитируемой литературы.Объем работы - 14-2 е., из них основной текст - 91 с. , рисунков - 48, таблиц-1, список литературы содержит 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЯ РАБОТЫ

Во введения обосновывается актуальность теш диссертацион -ной работы, формулируется ее цель, научная новизна и практическая ценность результатов исследований, а также пряводятся основные положения, Еыносиже на зачету.

3 первой главе сделан краткий обзор по теплофизическим свойствам /-с-//с и Ре-с'о сплавов, приводится краткий анализ диаграмм состояний п Ре-¿а сплавов. Составлен краткий обзор по

физическим свойствам указанных сплавов: электросопротивлению, удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности. Отмечено, что данные о температурной зависимости теплопроводно -сти а электросопротивления изучаемых систем сплавов почти отсутствуют. Анализ имеющейся литературы показывает, что при высоких

7

температурах систематические данные об электросопротивлении, температуро-и теплопроводности сплавов и прак-

тически отсутствуют, а если даке имеется, то в ряде случаев носят противоречивый характер. Иг приведенных обзоров следует, что комплексные исследования электро-температуро- и теплопровод ности этих сплавов не проводились. Отсюда вытекает вывод о необ ходимости проведения таких исследований.

Во второй главе дается краткое описание установки и метода ки для измерения теплойизическях свойств металлов и сплавов при высоких температурах. Так же кратко описаны нестационарные методы исследования тепло-изических свойств материалов, метод плоских температурных волн и теоретические основы измерения температуре про водности в ре ламе быстрого нагрева. Описание автоматизированной установки представлено в виде функциональной схемы и иллюстрировано ркс.1. Основу установки составляет вакуумная камера с. измерительной ячейкой, которая через патрубок на боковой поверхности- соединена с вакуумной системой. На другой стороне боковой поверхности имеется окно из плавленного кварца для визуального наблюдения и записи изображение образца,,на видеомагнитофон с целью определения момента его расплавления. В верхней крышке имеется окно для сГотоприемного устройства. Б нижней крышке расположены предназначенные для катода токовводы измерительной ячейки. Измерительная ячейка представляет собой вакуумный диод, в котором образец (анод) нагревается потоком электронов, имити -рованных катодом и ускоренных приложенным напряжением. Вокруг катода и анода расположены два цилиндрических экрана из молибденовой фольги, в которых сделаны отверстия для визуального'наблюдения за образцом. Для уменьшения нагрева деталей измерительной ячейки и стенок камеры электронным лучом имеются экраны,которые

вместе с крепящими их дисками находятся под потенциалом катода.

Измерение температуры осуществлялось как контактным спосо -бом (при помощи теряопары), так и бесконтактным (метод яркое? -вой пирометрии, ЛОП-72). Б качестве термопары использовалась вольфрам-рениевая термопара ЕР5/20 диаметром термоэлектродов 50 мкм. Для нагрева катода используется регулируемый стабилиза -тор напряжения, сконструированный на базе прибора БШ-152. Для создания ускоряющего напряжения а его модуляции используется высоковольтный источник напряжения, который обеспечивает выходное напряжение от 900 до 2000 Б при тойа ¿агрузкя дс 0,8 А и ампли-гуде модуляция до 500 В.

Высоковольтный источник состоит из выпрямителя с индуктивно-'

ёмкостным фильтром, обеспечивающим двойную амплитуду пульсаций

;е более 30 В при максимальном токе нагрузки, регулирующей лампы

!7-31Мг высоковольтного усилителя постоянлого тока с каскадным ¡клшенкем транзисторов КТ-В26 и схемы опгрояной развязки цепей

правления и высоковольтных цепей. Полоса частот при максима.® -юй амплитуде модуляции - 7 кГц, что обеспечивает для исследуе -их образцов фазовый сдвиг менее одного градуса при частотах мо-уляции.до 120 Гц.. •

Регистрация колебачий температуры производится фотоприекннм стройством, котороэ представляет собой преобразователь ток-нап-яяение, выполненный на малошумящем операционном усилителе с поевши транзисторами 544 ЗД-2А во входном каскаде и измеритель -ого фотодиода СД-7Г. Высокое соотношение сигяал-шум обеспечива-тся использованием высокоомнах резисторов в цепи обратной свя -к.

Обработка яяфорвдяии а управление экспериментом производит -с я микроэвм ДЩ-2м, связанной с модулями крейта КДМАК через коя ~ троллер крейта в плату сояряяения. ТермоЗД£ термопари измеряет -ся вольтметром И-301-1, е затем через интерфейсный нодудь поступает на магистраль крейта. Программное обеспечение выполнено в операционной системе ОС ДЕК. Процесс кзмереяЕЯ, предварительной обработки и управления экспериментом обеспечивается программой, написанной на языке АССЕМБЛЕР микроЭВМ, а окончательная обработ -ка ияформспяя - программой на языке 50РГРАЯ-4.

Погрешность измерения температуропроводности не превышает 4 %, причем основной вклад составляет погрешности определения толщины образца, динамической составляющей я погрешности, обус -ловленной классом точности используемой измерительной аппаратуры.

Измерения удельного электросопротивления производилось по стандартной чаткрпхзондовоС методике fia постоянном токе. Установка состояла из следующих основных блоков: рабочей камеры с нагревателем, внутрь которой помечалась измерительная ячейка с образ-дом; измерительной системы не источника постоянного регулируемого напряжения - амперметра е вольтметра ; двух термопар я твтко-парного водьтаетра ; гакууглаой сяс?гмы с системой напуска инертного газа ; сие-геш питавдя нагревателя. Суммарная погрешность определения абсолютной гзлЕЧдак удельного электросопротивления была менее I %. ■

' Измерения теплоемкости ьри высоких температурах производя -ж:ь яа калоряиетре'фирмы- " SEfflkAM в режиме дифференци-

ального сканирования. Согласно паспортным данным прибора погрешность измерения теплоемкости не превышала 7 %.

Измерения температуры производились ео всех случаях с со -мощью стандартной термопары БР-5/20 с погрешностей,яе превышакь <f

щей I *

В конце главы описаны технология приготовления и аттестация образцов исследуемых сплавов. Б качестве исходных компонентов использовались карбонильное железо марки В-3 (99,98 масс.£ ), электролитический кобальт марка К-0 (99,98 масс.^Л? ) и элект -ролятический никель марки Н-0 (99,98 тсо.%Ус, ). Сплавы получаля прямым сплаглением в вакуумной индукционной печи. Плавка производилась в атмосфере аргона высокой чистоты (> 99,995 таа.% ,4г ). После выплавки сплавы проковывались в прутки диаметром 20 мм и длиной ~ 200 мм. Затем они подвергались гомогенизирующему отжигу в течение 15 часов при температуре 1450 К с дальнейшим охлаждением на воздухе. В процессе изготовления сплавов производился тщательный весовой контроль их химического состава, а также спектральный анализ на спектрометре фирмы "Нс^аск ". Концентрация примесей в сплавав не превышала 0,05 %. Периоды кристаллической решетки сплазов определяли на дкфрактометре ДГОН-2.0. Дополнительно были проведены измерения удельного электросопротивления изученной группы сплавов при температуре жидкого гелия.

Б третьей главе обобщены полученные экспериментальные ре -зультаты о температурных и концентрационных зависимоотях удельного электросопротивления, тегшературо- и теплопроводности спла-еов систем Ре'Ж а Ре-Со

Температурные зависимости удельного электросопротивления для Ре-Ус сплавов носят типичный характер, присущий ферромаг -нитншл металлам. В пределах чувствительности нашей аппаратуры структурные переходы на кршых ^ (Т) слабо выражены. Б то же врем наблюдается хорошее соответствие зарегистрированных температур магнитных переходов с такоьн.ми для диаграмм состояния. Исключение составляет политерма электросопротивления образца с

концентрацией 29,3 ст.%№ , на которой отсутствует точка маг -нптного разупорядочения. На концентрационной зависимости удель -ных электросопротивлений для ■ /<•-//(.' сплавов при температурах 4,2 и 300 К наблвдались максимумы при концентрациях 43,5 и 29,3 ат.% № . При температуре 1123 К происходит выдолаживание при -вых электросопротивления с максимуыом е районе 40 аи.% Ас . Данные наших измерений по Ь хорошо с эгласуотся с литературными ♦

Температуропроводность сплавов Ре-А'С определялась в диапазоне температур от 900 К до предала пленил. Б случаях фазовых переходов на политермах а (Т) имеются ярко выраженные аномалии. Б районе точки Кюри имеется четко выраженный минимум. При структурных переходах наблюдается скачкообразное увеличение температуропроводности, при переходах Т~ - заметный спад, а затем при - переходе виден рост абсолютного значения температуропроводности. Увеличение концентрации никеля сопровождается ростом темперетурспроводное ги сплавов. При температуре 1300 К наши денные по температуропроводности для концентраций от 37 до 62 хорошо согласуются с литературными данными.

Теплопроводность сплавов системы Рё-л/с определялась по формуле Л=аСр£) где и - экспериментальные значения температуропроводности ; 4° ~ Удельная теплоемкость (литературные дан -вые с учетом яеших корректировочных экспериментов на $ЕТ(ШМ ТЛ& - 24) и сЬ- плотность, определенная средневзвешенно, исходя из данных ио плотности чистого железа и никеля.

Электронная составляющая теплопроводности выделялась ва основе стандартного закона Видемана-Франца-Лоранца : Ле -где Ь0 = 2445»10_® В^/К2 ; экспериментальные значения электросопротивления при температуре Т. Решеточный вклад е теплопро -водность оценивался на осаове обычного приближения аддитивности

s

лл

Vr-

С

9

aï* f

■i i

N98

4V«U3MJVW

ж

со

>

ro

!

XL

«a <

__i

k¡ è

vxsi?d)i qvmoMjfW

L¿_

S

«

с:

tí-

ililÄ Я

1 m

I

а >>

а

I

<в Еч

й

0

с5 и

1

Ы я о M

СО

S >>

ш И! О

л

i о

и

с Í1

вкладов» по разности полной и электронной теплопроводности.

Установлено, что теплопроводность сплавов системы Ре-л/с с ростом температуры растет так же, как и ее электронная составлявшая. При этом решеточный вклад с ростом температуры убывает. На рас.2 приведены кривые общей, электронной и решеточной составля- . пдих теплопроводности ери температурах 1200 и 1400 К. При 30 вт.% . Ас ваблвдеется минимум всех составляющих теплопрозодяоети, а при 20 и 10 ат./?л£-их максимумы. Наша результаты свидетельству-то о значительном росте общей и электронной теплопроводности сплавов с увеличением концентрация никеля и соответствующем спаде их решеточной теплопроводности.

Политермы |Р (Т) для сплавов имеет вид,характерный

для ферромагнетиков. Различаясь сально по значениям электросопротивления в ферромагнитной области, в парамагнитной кривые р (Т) для ошшвов /% - 8,9 ; 10,9 ; 18,2 и 21,6 % Со практически сходятся. С увеличением концентрации кобальта происходит уменьшение абсолютного 'значения электросопротивления. На концентрационной зависимости удельного электросопротивления для сплавов

при гелиевых температурах наблюдается два максимума, расположен • них ближе к чистым элементам, а также минимум на концентрациях, близких к 20 % Со . При комнатных температурах появляются два ярко выраженных максимума при 10,8 и 92,7 % Со . При температурах 473 и 673 К на концентрационных зависимостях удельного электросопротивления обнаруживается два резко выделяющихся максимума Точка максимума со стороны железа при температуре 473 К соответ сгвует концентрация 8,9 % Со , а со стороны кобальта 92,8 % Д> При увеличении температуры до 673 К происходит образование вьнщ лости при 4,3 % Со , а максимум при 92,8 % Со сохраняется. То1 ка минимума всей кривой при этом располагается в районе 50 % Со

fítrl

«s

■tes

Тс I /г»^ I ' ~ •

w

- Va - - /УЧ

>0 -¡200 -Д2

ß 1 ri /'W /

/ 1

to / ■

Sc / .

iioo -UW

ело,

fût

гл

& % О

Cfi

+15s «» »2 SV г,х

»T

\

ЙЛЗ

Í2i0 «¿аз г,к

too? HOC Uh> К"

Pic.2. Темиера ту ропро годность и эдептросопротгз-zer.ES в точках фазовых переходов

При температуре 873 К выпуклость со стороны железа исчезает, в то время как максимум со стороны кобальта становится более рез -кш. При этой тег/л ера туре происходит сдвиг точки минимума всей кривой в сторону кобальта ( ~ 60 % ).

Б парамагнитной области ( 1473 К) наблвдается полное внпо -лажавааие кривой электросопротивления.

Температуропроводность Рс-бо сплавов измерялась от 1000 К до предплавления. На кривых темлературогроьодвости обнаружите -югся ярко выраженные аномалии в точках кагнжтных и структурных переходов.

Особенностью сплавов системы [¿-(с при концентрациях 30,В; 51,2 ; 68,4 и 75,8 % Но является близость температур магнитных и структурных переходов. По ваиему мнению, измерение такого параметра, как температура яроводность, позволяет однозначно опреде -лить температуру магнитного перехода Тс и температуру начала и конца фазовых переходов ( , (¿-а*/- , <£+Г~Г ) и

(см.рис.2). Концентрационные зависимости температуропроводности для температур 1500 я 1300 Е-почте одинаковые для всех концентраций ( а с; б «КГ6 1^/с).

Теплопроводность сплавов систем >се-Со определялась из экспериментальных данных по температуропроводности с учетом рас -считанных значений теплоемкости я плотности сплавов, которые,в свою очередь,оценизались по удельной теплоемкости железа и ко бальта с учетом концентраций в долях. Реиеточяые и електронные составляющие выделялись таким образом, как и для сплавов системы Рс-л'с . Из концентрационной зависимости теплопроводности следует, что общая теплопроводность сплавов данной системы монотонно увеличивается при возрастании концентрации кобальта от 29 до 45 Вт/ы-К. Таким же образом изменяется электронная составлявшая

теплопроводности, иря этом практически не зависят от состава сплава.

Четвертая глава посвящена обсуждении полученных экспериментальных данных по 1зктросозротлзлевию я сплавов с двух разных точек зрения. Для первой, основанной на зонной модели, наблюдаемая температурим зависимость связывается с увеличением плотности электронных £•"/-- состояний, пригодных для рассеяния по мере уменьшения спонтанной намагниченности. Для второй точки зрения разупорядочиваетпиесд магнитные моменты рассматриваются как добавочные гентрн рассеяния для электронов проводимое -ти,и температурная зависимость страхует изменение з степени магнитного порядка.

Электросопротивления сплавов рассматривались как элзктросо-протлвлеяля твердых растворов ^{Т), рассчитанные по разности негяу злектросопротяглбяпая сплава и матр..цы, то з'сть электросопротивлением соотвегствуязего металла з ферромагнитной селами. Электросопротивление разбавленных твердых растворов на основе яелеза при добавлении никеля увеличивается, а в парамагнитной незначительно уменьшается. Такое "поведение ,Рг(Т) связано с взаимодействием спина электрона проводимости с моментом спина локализованного электрона. Электросопротивления разбавленных твердых растворов спляеов /й-Лз становятся отрицательными вблизи 800 К, причем добавление 4,3 % к железу не изменяет этой картины. По данным из литературных источников известно, что твердые растворы Ре - 1,5 ач.%йо ямеот локализованный магнитный момент, равный 2,1 ^лБ, в то время как твердый растЕор Рг -3,0 ат.% Со имеет значение этого момента 1,7 ¡:Б.

Следовательно, для разбавленных твердых растворов Ге-йо сплавов в рамках модели локализованных неупорядоченных спинов

можно определить знак и относительную величину изменения электросопротивления, связанного с магнитньы порядком. Для разбавленных твердых растворов на основе никеля при концентрации железа 10,1 процента наблюдается резкое увеличение^ как в ферромагнитной, так и в парамагнитной областях. Это, по всея видимости, обуслов -лено влиянием фактора Р , который вблизи энергии Ферми пропор -ционален общей плотности электронных состояний. Например, для железа значение фактора Ее. в парамагнитной и ферромагнитной облас-

^ л ,

тях составляет 2,4, а для-никеля - 2,1.

Для электросопротивления разбавленных твердых растворов на основе кобальта при их нагреве до точки Кюри характерно незначи -тельное увеличение с ростом температуры и такое же незначи -тельное уменьшение электросопротивления при нагрезе сплавов в парамагнитной области. Данный результат не соответствует ни модели рассеяния на спиновых неоднородностях, ни зонной модели. По всей вероятности, причиной такого необычного поведения кривой р (Т) является "интерференция" между различными механизмами рассеяния.

_Для концентрированных сплавов ( 19,4 и 21,6%

Со ; Рг- 79,9 %Мс и /ё- 75,8 % во ) качестхенный анализ свидетельствует о неоднозначности возможного механизма рассеяния электронов. Для сплава /ё- 19,4 присущ механизм рассея -

вия на спиновых неоднородностях, тогда как для сплава /ё-79,9 % М' хорошо заметно влияние зонного механизма рассеяния.

Для сплавов же Ге- 21,6 %йо и Ре-1Ъ,Ъ%Со, невозможно однозначно применить какую-либо из рассматриваемых моделей рас -сеяния. Здесь могут быть исследованы обе модели рассеяния. Ео всяком случае, при нагреве сплавов до 300 "К заметно уменьшение ^осСТ). Дальнейшее повышение температуры сопровождается резким увеличением . Это указывает на то, что до 900 К "работает" модель рассеяния на спиновых неоднородностях. С ростом темпера -

18

туры превалирует зонный механизм.

В работе приведены концентрацию иные зависимости примесных,, магнитных - и фоаонвых составляющих полного электросопротивления Fe-Ai я Fe-S* сплавов при Т/Гс =1,1. Концентрационные зависимости этих' составляли* электросопротивления меняется со очень ¡ложному закону, который значительно отличается от правила Еорд-'ейма. Показано, что примесь "экранирует" атомы упорядоченного в структурном отношении ферромагнетика, что приводит к ослабление заимодействия мезду атомами и уменыяеншо магнитных вкладов в ки-егичеокие свойства сплава. При этом вследствие того, что рост риызеного электросопротивления сопровождается уменьшением магнит-ого и фононяого вкладов. Такое демпфирупцее действие механизмов зссеяняя электронов вызывает незначительное изменение общего чектросопротивлеяяя ферромагнетика при бысояих температурах.

Показано также, что для исследовании:" сплавов возможна кор-¡лягоая меаду значениями плотности состояний аа уровне Ферми и 1Ешеятрационной зависимостью электросопротивления при 300 К . сличением.температуры до 1400 К эта корреляция нарушается. Такое соответствие, возможно, связано с уменьшением длины свободного обега электронов в металле, происходящим при увеличении темпера-ры, которая в области высоких 'температур приближается к межатом-ау расстоянии, что приводят,к нарушение трансляционной симметрии ивовых функций электрона.

В работе также выполнено сравнение кривых приведенных фувк -i Лоренца со вторыми производными ^¡у . Установлено,

i для Fe- 29,3 % Ж вклад зоявых механизмов существенен только : высоких температурах. По всей видимости, определенная часть ^- носителей в исследуемых сплавах рассеивается в d - зону, сопровождается измеяениеи их эффективной массы.

Б конце главы показало, что наблюдаемые для исследованных сплавов вблизи точек структурных фаговых переходов аномалии типа узких пиков обусловлены тем, что при фазовом переходе выделяющаяся или поглощавдаяся теплота существенно искажает фазу тем -пэратурной волны.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана методика исследования текгг рзтурно-ковцентрацион-яых зависимостей коэффициента температуропроводности сплзвое при высоких температурах, основанная на динамическом методе плоских температурных волн и электронной бомбардировке плоского образца, помещенного в вакуумную камеру, с погрешностью измерения коэффициента температуропроводности 4,0 % а разрешающей способностью при исследовании температурных зависимостей в 0,2 %.

2. Разработана методика определения точек структурных фазовых переходов, осаоваяная на методе температурных волн и псдбо -ре оптимальной частоты модуляции.

3. На одних и тех же высокочистых и аттестованных образцах сплавов железа с никелем и железа с кобальтом ео всем диапазоне концентрации выполнены комплексные исследования температуропро -водности (от 900 К до точки плавления), электросопротивления (от 4,2 до 1600 К) и теплоемкости (от' 900 до 1700 К). Для большинства сплавов подобные результаты получены впервые.

4. Показано, что температурно-концентракионные зависимости электросопротивления исследованных сплавов существенно отклоняются от правила Маттиссева, прячем добавочное электросопротивление может возрастать или уменьшаться с ростом температуры, а для твердых растворов кобальта в железе становится отрицательным.

5. Установлено, что на температурных *а?исимостях кол^Ьициеч температуропроводности сплавов четко регистрируетет точки магнит-

яого упорядочения, приводящие к А- минимуму в точке Кюри, скорма которого заметно зависит от содержания примесной компоненты. Показано, что в районах структурных фазовых переходов наблюдаются резкие аномалии сдвига фаз (и амплитуды) температурной воякы. Положение и форка этих аномалий существенно зависит от термической предыстории и может изменяться при изменении частоты модуляции и скорости нагрега или охлаждения образца. Высказано предположение, что эти аномалии связаны с влиянием теплоты фазового перехода на амплитудно-фазоЕые. соотношения в температурной волне. Установлено, что данный метод позволяет достаточно яздеано определять точки начала и конца фазового перехода.

' 6. Анализ температуряо-концентрацисяных зависимостей коэф -фициента температуропроводности свидетельствует о том, что в области в районе 29,3$ никеля существует аномалия, возможно связанная с сохранением следов дальнего и ближнего порядка, соответствующих низкотемпературной упорядоченной фазе.

7. Сбсу^евие особенностей поведения электрических и тепло -физических свойств железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов показало, что для твердых растворов никеля в железе скорее всего реализуется механизм рассеяния £ - электронов на-разупорядочи -ваюшихся спинах. Это приводит к уменьшению с повышением' температуры примесного вклада и приближении функции Лоренца к стандартно;^ значению. 5 то же время для указанной группы сплавов при гелиевых температурах видно влияние вкладов от зонного рассея -ния типа рассеяния Мотта,' усиливающееся с ростом концентрации никеля, о чем свидетельствует заметная корреляция между между кинетическими свойствами и плотностью электронных состояний, наиболее выраженная для сплава с 29,3 % ^ . Б твердях растго-рах железа в никеле зонные вклады остаются преобладающими. Показано, что в сплавах железа с кобальтом, по-видимому, имеют место оба указанных механизма рассеяния электронов.

21

8. Установлено, что в концентрированных сплав« сиете« желево-никель и железо-кобальт имеет место интерференция примесного, фо -нонного и магнитного вкладов, что проводит к их взаимному демяфи -ровеяию и затрудняет четкое их выделение.

9. Показано, что при высоких-температурах уменьшение добавочного вклада в электросопротявление и стремление числа Лоренца к стандартному значение указывает яа возрастание влияния эффектов, связанных с уменьшением длиян свободного пробега фояонов я приб -

лижением ее к межатомному расстоянии; что заметно уменьшает различие в кинетических коэффициентах сплавов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Измерение температуропроводности и теплоемкости данами -ческим методом плоских температурных волн с использованием электронного нагрева / С.Г.Талуц, В.'СГПолев, В;йЛ2анжуев и др.// ЯП

всесоюзная конференция по теплофизяческим свойствам веществ:Тез. докл. Новосибирск, 1988. С.85.

2. Высокотемпературная твпло- я температуропроводность чес -того монокристаллзческого вольцрама / С.Г.Талуц, В'.ЕТЗгшовьев,

B.Ф.ПолеЕ, Б:БГВласов, ВЖ.Мавгуев // ЛИ Всесоюзная конференция по методам получения я анализа высокочлсткх веществ: Тез.докл. Горький, 19887 С.202-203.

3. Измерение температуропроводности твердых д жидких туго -плавких металлов и сплавов в облас-гг Кйтастйбнльннх состояний / . Б Зиновьев, С^ГЛалуц, Е.Е.Манжуев и ."др.// И Всесоюзное сове -щание "Метастабильяые фазовые состояния - теплофизнческие свой -ства и кинетика релаксаций": Тез.докл. ■ Свердловск, 1989, Т.4.

C. 120-121. -. _ '________

4. ТемпературопроБодность и теплопроводность монокристаллического

рения при высоких температурах в твёрдом и жидком состояниях/ Б.В.Власов, С.Г.Талуц, В.Е.Зиновьев, В.М.Манжуев к др.// $Ш. 1990. №8 С.195-Т97.

5. Аномалии температуропроводности монокристаллических высокочистых переходных металлов вблизи точек фазовых переходов / ВГЕ.Зиновьев, С.ГЛ'алуц, В^йГГорбатов, В.М.ЙанжуеЕ и др. // ХШ Всесоюзное совещание "Получение, структура, физические свойства и применение внсокочпстых и моноксисталлячесяих тугоплавких и редких металлов": Тез.докл. Суздаль,'' 1990. СЛ2.__' •____

6. Температуропроводность и алектросопротивление сплавов желе-ле«о-никель при высоких температурах. Аномалии при фааовых переходах/ В.М.Манжуев, С.Г.Талуц, Б.В.Власов н др.. // ФШ. 1990. »10 С. 201-204.

, 7. Измерений температуропроводности переходных металлов и сплавов около точки плавления / ВЛСЗляовьев, С.Г.Талуц, А.ДГ Ив- "

лиев, В.Юанжуев и др. // Ш Европейская конференция по тепло-фпзилескш свойствам веществ: Тез.докл., Вена, 1990.

8. Аппаратура для автоматических исследований теплофизичес-кях свойств и упругих модулей сплавов, сталей, яервмшс я кото -зитов при средних з высоких температурах / В .В.Зиновьев, А.А". Старостин, С.Г.Талуц, В.М'.Манжуев и др. / Л1 Международный кон -гресс "Термическая обработка": Тез.докл.,Москва: 1990.

9. Использование влектронкого нагрева для измерения тсплофи" сических свойств металлов :: сплавов / С.Г.Талуц, В.Е.Зиновьев, В.М.Манжуев и др.// II Всесоп*ная конференция по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряяенных тастиц: Тез. докл. СвердлоБск. 1991. С.37-39.

1одппсано в печать 06.11.91 Формат 60x84 1/1С

5умага 5ШБЧ£а" Плоская печать Усл.п.л. 1,39

.........„-Лидаа ТГД -Задаа__В14 ____Еасддатнп

Редакцнснно-кздательский отдел УПИ им.С.М.Кирова 620002,Екатеринбург, УПИ,. 8-й учебный корпус 3отапринт УПИ. 620002, 1 Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус