Экспериментальное исследование и аналитическое описание кинетики кристаллизации в аморфном сплаве Fe₈₅B₁₅

Abstract

Методами измерения электросопротивления и рентгеноструктурного анализа исследована кинетика двухстадийной кристаллизации (формирование кристаллов α-Fe и Fe₃B соответственно) аморфного металлического сплава (АМС) Fe₈₅B₁₅ при температуре 720 K и определены значения структурных параметров нанокомпозитной структуры, образующейся на первой стадии процесса. Проведен анализ кинетики кристаллизации с использованием двух аналитических уравнений, первое из которых базируется на суммировании реальных превращенных объемов каждой из фаз, а второе, предложенное в настоящей работе, − на суммировании расширенных объемов. Установлено, что оба уравнения корректно описывают форму экспериментальной кинетической кривой, однако второй подход, учитывающий столкновение диффузионных полей растущих первичных кристаллов α-Fe, более точно предсказывает размеры формирующихся кристаллитов. Проведено сравнение полученных значений кинетических и термодинамических параметров, определяющих скорости зарождения и роста кристаллов α-Fe и Fe₃B, с литературными данными и показано, что рост кристаллов α-Fe в аморфном сплаве Fe₈₅B₁₅ контролируется диффузией атомов железа.

Kinetics of two-stage crystallization (formation of α-Fe and Fe₃B crystals, respectively) of amorphous Fe₈₅B₁₅ alloy at a temperature of 720 K has been studied by resistivity measurements and the structural parameters of the nanocomposite structure which forms at first crystallization stage have been determined by the X-ray diffraction method. Analysis of crystallization kinetics has been performed by using two analytical equations: the former is based on summing of the real transformed volumes and the latter proposed in the present study – on summing of the extended volumes. It has been established that the both equations correctly describe the shape of the experimental kinetic curve, however, the second approach which accounts impingement of the diffusion fields of the growing primary α-Fe crystals more precisely predicts the size of forming crystallites. The obtained values of the kinetics and thermodynamic parameters which determine the rates of crystal nucleation and growth have been compared with the literature data and it has been shown that growth of the α-Fe crystals in amorphous Fe₈₅B₁₅ alloy is governed by diffusion of iron atoms.