Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

Published: June 7, 2018 doi: 10.3791/57657
Automatic Translation
1,2, 3, 3, 4, 4, 5
1Institute of Nuclear and Physical Engineering, Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia, 2Department of Nuclear Reactors, Czech Technical University in Prague, Czech Republic, 3Department of Experimental Physics, Palacky University Olomouc, Czech Republic, 4Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakia, 5Institute of Laboratory Research on Geomaterials, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Slovakia

Summary

Burada, ex situ ve in situ incelemeler metalik bardaklarda yapısal dönüşümleri tanımlamak için bir iletişim kuralı mevcut. Hyperfine etkileşimleri denetlemek nükleer tabanlı analitik yöntemleri çalıştırmaya başladık. Biz Mössbauer spektrometresi uygulanabilirliği ve sinkrotron radyasyon nükleer ileri saçılma sıcaklık uygulamalı deneyler sırasında göstermek.

Abstract

Metalik gözlük (MGs) demir tabanlı microstructural düzenleme değişiklikleri takip edebilirsiniz iki nükleer tabanlı analitik yöntem kullanımını göstermektedir. Amorf doğaları rağmen hyperfine etkileşimleri tanımlaması zayıf yapısal değişiklikler duyurdu. Bu amaçla, biz kararlı 57Fe izotop yani Mössbauer spektrometresi ve nükleer ileri (NFS) saçılma sinkrotron radyasyon nükleer düzeyleri arasında nükleer rezonans kullanmak iki teknik istihdam. Isıl işlem (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG üzerine etkilerini ex situ ve in situ deneylerin sonuçlarını sırasıyla kullanarak ele alınmıştır. Her iki yöntem hyperfine etkileşimleri için hassas olduğundan, bilgi yapısal düzenlemenin yanı sıra, manyetik mikroyapı hazır olduğunu. Yapısal düzenleme ve manyetik mikroyapı Görüntülenme oda sıcaklığında sonra belirli koşullar altında (sıcaklık, zaman) tavlama Mössbauer gerçekleştirilen spektrometresi ex situ açıklar ve böylece bu teknik sabit olup olmadığını denetler Birleşik. Öte yandan, NFS veri kaydedilmiş situ içinde dinamik olarak sıcaklık sırasında değişiyor ve NFS geçici Birleşik inceliyor. Her iki teknikleri tamamlayıcı bilgiler sağlar. Genel olarak, onun kararlı duruma aynı zamanda geçici Birleşik bilmek önemli olan herhangi bir uygun sistemi uygulanabilir.

Introduction

Demir tabanlı MGs hızlı bir erime Şoklama tarafından hazırlanan endüstriyel çekici malzeme çok sayıda pratik uygulamalar1ile temsil eder. Özellikle manyetik özellikleri çoğu kez geleneksel (poli) kristal alaşımları2,3' e üstün beri. Onların avantajlı parametrelerinden daha iyi parası için onların yanıt-e doğru yüksek sıcaklıkları bilinmesi gerekir. Artan sıcaklık, amorf yapısı rahatlatır ve son olarak, kristalizasyon başlar. MGs bazı türlerinde, bu manyetik parametrelerini bozulmasına yol açabilir ve dolayısıyla, performansa. Var, ancak, demir tabanlı MGs ile yeni kurulan kristal taneler genellikle yaklaşık 30 altında çok ince özel kompozisyon4,5,6,7 birkaç aileler nm boyutunda. Nanocrystals yapısı stabilize etmek ve böylece, kabul edilebilir manyetik parametreleri üzerinde geniş sıcaklık aralığı8,9korumak. Bu sözde nanocrystalline alaşımlar (NCA) vardır.

MGs, uzun süreli performans güvenilirlik özellikle yüksek sıcaklıkları ve/veya (iyonize radyasyon, korozyon, vb) zor koşullar altında kendi davranış ve bireysel fiziksel parametrelerini ayrıntılı bilgi talep ediyor. MGs amorf olduğundan, onların karakterizasyonu için uygundur analitik teknikler çeşitler sınırlıdır. Örneğin, yalnızca amorphicity doğrulama için kullanılan geniş ve özelliksiz yansımaları difraksiyon yöntemleri sağlar.

Dikkate değer birkaç, genellikle dolaylı yöntemler var sağlayan hızlı ve non-yıkıcı MGs (Örneğin, ilke algılama magnetostrictive gecikme hattı) karakterizasyonu. Bu yöntem hızlı inhomogeneities varlığı da dahil olmak üzere yapısal ve stres durumları karakterizasyonu sağlar. Avantajlı hızlı uygulandı ve tahribatsız karakterizasyonu MG tüm uzunluğu boyunca10,11şerit.

Düzensiz yapısal düzenleme gösteren daha ayrıntılı bilgilere yerel atomik düzenleme rezonans atomların hassas yansıtan hyperfine etkileşimler elde edilebilir. Ayrıca, kısa menzilli sipariş Topolojik ve kimyasal değişimler açığa çıkarılabilir. Bu konuda, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektrometresi ve/veya Mössbauer spektrometresi gibi yöntemler, her ikisi de Fe çekirdeği 57üzerinde gerçekleştirilen,12,13düşünülmelidir. Eski yöntemi yanıt sadece manyetik dipol hyperfine etkileşimleri sağlarken, aynı zamanda elektrik quadrupole etkileşimleri hassas ikincisidir. Böylece, Mössbauer spektrometresi yapısal düzenleme ve manyetik rezonans demir çekirdeği14Devletleri aynı anda kullanılabilir bilgi yapar.

Yine de, makul istatistikler elde etmek için bir Mössbauer spektrum edinimi genelde birkaç saat sürer. Bu kısıtlama kabul, özellikle sıcaklık bağımlı deneyler öngörülmektedir. Deneme sırasında uygulanan yüksek sıcaklık içinde incelenen MGs15yapısal değişikliklere neden olur. Sonuç olarak, yalnızca ilk belirli sıcaklıkta komplementer ve ortam koşulları için döndürülen örnekleri üzerine oda sıcaklığında gerçekleştirilen ex situ deneyler güvenilir sonuçlar sağlar.

Isıl işlem sırasında MG yapılarının evrimi rutin olarak örneğin x-ışını kırınım hızlı veri edinimi sinkrotron radyasyon (DSR), diferansiyel Kalorimetre (DSC), tarama sağlayan analitik tekniklerle okudu veya manyetik ölçümleri. Situ deneyler mümkün olmasına rağmen elde edilen bilgi yapısal (DSR, DSC) veya manyetik (manyetik veri) özellikleri ile ilgili. Ancak, DSC (ve manyetik ölçümleri söz konusu olduğunda) kristalizasyon sırasında ortaya (nano) tahıl türü tanımlaması mümkün değildir. Öte yandan, DSR veri incelenen sisteminin manyetik Birleşik anlamına gelmez. Bu duruma bir çözüm yapar bir teknik hyperfine etkileşimlerin kullanmaktır: NFS sinkrotron radyasyon16. Nükleer rezonans saçılma süreçleri17yararlanan bir gruba yöntemlerden ait. Radyasyon synchrotrons, sıcaklık üçüncü nesilden NFS elde edilen son derece yüksek parlaklık nedeniyle deneyler situ içinde koşullar altında mümkün18,19,20,21 oldu. ,22,23.

Mössbauer spektrometresi ve NFS 57Fe çekirdek enerji düzeyleri arasında nükleer rezonans ile ilgili aynı fiziksel ilkeleri tarafından yönetilir. Yine de, eski inceden inceye gözden geçirmek hyperfine etkileşimleri enerji etki alanındaki ikinci interferograms zaman etki alanındaki sağlar. Bu şekilde, her iki yöntem elde edilen sonuçları eşdeğer ve tamamlayıcı vardır. NFS verileri değerlendirmek için makul fiziksel bir modeli oluşturulmuş olmalıdır. Bu zorlu görevi ilk tahmini sağlayan Mössbauer spektrometresi yardım tarafından gerçekleştirilebilir. Bu iki yöntem arasında tamamlayıcılık in situ NFS geçici Birleşik inceler ve Mössbauer spektrometresi istikrarlı Birleşik, yani ilk ve/veya malzeme okudu ex situson durumunu yansıtan anlamına gelir.

Bu makalede, bu iki daha az yaygın yöntemi nükleer rezonanslar, ayrıntı seçili uygulamalarda: burada, biz onları bir (Fe2.85Co1)77' Mo8Cu1 oluşan yapısal değişikliklerin incelenmesi için geçerli B14 MG ısıl işleme maruz. Biz bu makalede benzer olayların ve sonunda malzemelerin farklı tipleri ile soruşturma için bu teknikleri kullanan araştırmacıların ilgi çeken umuyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. bir MG hazırlanması

Not: uygun bir MG kompozisyon NFS tanılama özellikleri Mössbauer spektrometresi ile birlikte geniş bir göstermek için tasarlanmıştır, yani (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15 (at.%). Bu sistem paramagnetic devlet kristalizasyon başlangıcı aşağıda ferromanyetik manyetik geçiş gösterir. Ayrıca, form ilk kristalizasyon adımı sırasında ortaya crystallites gizli-Fe, Co faz. Kobalt demir gizli Kafes'in atomik bazı pozisyonlarda yerini aldığından, ilgili hyperfine etkileşimleri sapmalar ortaya çıkar.

  1. Erime hazırlanması
    Not: Tarama Mössbauer spektrometresi ve NFS incelenen örneklerde bulunan 57Fe çekirdeği hyperfine etkileşimler yoluyla yerel atomik düzenlemeler. Bu istikrarlı nüklit tüm Fe izotoplar arasında doğal zenginliği olduğunu, ancak sadece %2.19. Situ NFS deneyler edinme zamanı azaltmak için 57Fe izotop göreli içeriği yaklaşık % 50'ye artırılmalıdır.
    1. Bir kuvars cam pota (15 mm çapında silindir şeklinde) almak, iç duvarları Si tarafından içerik duvarlarından mümkün kirlenmesini önlemek için bor nitrit ile kapak ve zenginleştirilmiş 57Fe 0.4050 g eklemek (~ % 95) ve standart 0.5267 g Elektrolitik saf demir (saflık %99,95) Bu pota için. Karışım toplam kütlesi 0.9317 g olduğunu ve ca. %50 57Fe izotopik zenginleştirme sağlar.
      Not: istikrarlı 57Fe izotop yüksek fiyat nedeniyle, onun tutarı en düşük olası kitle için en iyi duruma getirme. Yaklaşık 500 mg 57Fe erime yaklaşık 1,5 g için toplam ağırlığı sağlamak için yeterli olmalıdır. Hazırlama donanımları, düşük teknolojik sınırıdır.
    2. Elektrolitik Co (%99.85), 0.3245 g, Cu (% 99.8) 0.0184 g, 0.2222 g Mo (%99,95) ve kristal b (%99,95) 0.0470 g aynı kuvars cam pota ekleyin. Karışım toplam kütlesi 1.5438 g ve toz amaçlanan bileşimi (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15.
    3. Standart elektrolitik malzeme elde edilen karışımı bir kuvars cam pota altında oksidasyonu önlemek için koruyucu Argon (4N8) atmosfer içinde indüktif ısıtma tarafından eritin ve 90-120 kHz Radyofrekans alanını kullanın.
      Not: Radyo frekansı alan pota bireysel bileşenlerin karıştırma sağlar. Oluşturulduğunda bir erime kendi karıştırma gelirleri eddy akımları sayesinde daha fazla. Toz karışımı eritin ve bir sıvı formu yeterli süre tanıyın. Görsel muayene yeterli, elde edilen sıvı sıcaklığını ölçmek için gerek yoktur.
    4. Elde edilen küçük külçe pota kaldırın. Görsel olarak herhangi bir iz yüzeyinde cüruf lekelerin oluşumunu kontrol edin. Varsa, bunları mekanik parlatma tarafından kaldırın.
  2. Şerit şeklindeki örnek hazırlanması
    1. Bir aparat düzlemsel akışı döküm için kullanın. Böyle bir cihazın örneği Şekil 1' de gösterilen.
      Not: Bir kuvars tüp içinde erime Ar akımını havada döner bir su verme tekerlek üzerine okuldan. Özel atmosferik koşullar altında su verme tekerlek işletilen (Örneğin, vakum veya inert gaz ortamı) bu kompozisyon için erime olduğu için gerek yoktur.
    2. İngot (~1.5 g) küçük ağırlığı nedeniyle, bir kuvars tüp ile 0.8 mm yuvarlak bir delik çapı olan bir başlık seçin. Külçe içinde koymak ve indüktif ısıtma kullanarak eritebilir. 1280-1.295 ° C'de erime sıcaklığı tutmak
    3. 40 m/s için soğutma tekerlek yüzey hızını ayarlayın.
    4. Melt üzerine dönen su verme tekerlek ortam koşulları altında Yani, havada döküm.
      Not: Elde edilen şerit yaklaşık 1,5-2 mm genişliğinde, 25-27 µm kalın ve 5 m uzun değil. Su verme tekerlek ile doğrudan temas halinde olduğunu, diğer tekerlek tarafından mat (donuk) çevresindeki hava atmosfere üretimi sırasında ortaya çıkmıştır, şerit, hava tarafında optik parlak (parlak) iken. Bu ince şerit nitelikleri melt düşük kitle neden. Böylece, üretilen söndürülür şerit son kimyasal bileşimi nedeniyle düşük giriş kitleler halinde tek tek öğeleri doğrulamak önemlidir.
  3. Şerit i son kimyasal bileşimi doğrulanması
    1. Birkaç (en çok 5) hazırlamak kısa parçaları Şerit'in, her bir kitle, yaklaşık 0.70 mg. olan seçtim onları üretilen Şerit uzunluğu boyunca farklı yerlerinden.
    2. Her tek parça şerit 1 mL konsantre (% 67)'in dağıtılması HNO3 asit ve 50 mL çözüm hacmi ulaşmak için su ile doldurun.
    3. Mo ve B içeriğini optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) İndüktif Eşleşmiş Plazma ile tarafından belirler. Cihazın manuel olarak sağlanan dış kalibrasyon yöntemi kullanması. Aşağıdaki dalga boylarında, sinyalleri kayıt: Mo 203.844, nm ve 204.598 nm ile 249.773 B nm.
    4. İçeriği Cu ve Fe, Co, alev atomik absorpsiyon spektrometresi (F-AAS) tarafından belirler. Cihazın manuel olarak sağlanan dış kalibrasyon yöntemi kullanması ve bu dalga boylarında seçin: Fe 248.3 adlı nm, 240.7 nm, Co ve Cu 324.7, nm.
  4. Üretilen şerit yapısal karakterizasyon
    1. Üretilen şerit amorf doğa Bragg-Brentano geometride x-ışını kırınım (XRD) gerçekleştirerek kontrol; 0.154056 bir dalga boyu ile Cu anot kullanın nm, kayıt kırınım deseni üzerinden 20-100° 2Θ, 20 0,05 ° ve satın alma zamanın açısal bir adım ile s için bir puan.
      Not: Bu Şekil 2' de gösterildiği gibi geniş yansıma doruklarına amorf bir örnek XRD diffractogram karakterizedir. Crystallites varlığını gösteren dar satır bulunması gerekir.
    2. Küçük parçalar halinde yaklaşık 3-5 mg toplam kütlesi ile üretilen şeritler hazırlamak ve DSC cihazları bir grafit pota koyun.
      Not: Küçük parçalar halinde yaklaşık 2 mm uzunluğunda Şerit'ten makas tarafından kesilebilir.
    3. Ar atmosfer altında 50-700 ° C sıcaklık aralığında sıcaklık rampa 10 K/dk ile DSC deneme gerçekleştirin.
    4. Kristalizasyon Tx1kink DSC eğri üzerinde en belirgin tepe alındığı, başlangıcı sıcaklığı belirlemek.
      Not: Kristalizasyon Tx1 başlangıçlı sıcaklığını Şekil 3 ' te bir okla gösterilir.
    5. Her iki ön kristalizasyon ve kristalizasyon bölge için daha fazla ex situ tavlama DSC üzerinde kapak tavlama, beş sıcaklıklar açmadı.
      Not: bizim durumumuzda, 370, 410, 450, 510 ve 550 ° C Şekil 3' te gösterildiği gibi uygun sıcaklık vardır.
  5. Ex situ tavlama
    1. Beş grupları hazırlamak ~ 7 cm uzun adet (Toplam uzunluğu) söndürülür şerit. Bireysel şeritler en az 1 cm uzunluğunda olmalıdır.
    2. Ex situ tavlama için bir fırın (Şekil 4) kullanın. Hedef sıcaklık kadar ayarlayın ve onun istikrar için 15 dakika bekleyin.
      Not: Fırın Dizayn İzotermik tavlama için en az başlangıçlı kez sağlar. Yeryüzünün bu doğal fırını iki bölümden oluşur: alt ve üst yuvarlak bir sıcaklık homogenizer hareket büyük nikel kaplama bakır blok. Kanthal A şeritler ısı sıcaklık regülasyonu ve stabilization ile yüksek dinamik blok kadar. Hedef 1.4.5. adımda belirlenen sıcaklığıdır.
    3. Adet Şerit'in tahliye ve termal olarak stabilize bölgeye yerleştirin. Bunu yapmak için iki blok arasında bir 7-10 mm boşluk açmak ve kurdeleler doğrudan ısıtmalı bölge merkezi kaydırın.
    4. Boşluğu hemen kapatmak. Bu şekilde, örnek sıcaklığını 5'ten az fırın sıcaklığında elde bir 0.1 K fark içinde s.
    5. 370, 410, 450, 510 ve 550 ° C yüzey oksidasyonu önlemek için vakum altında 30 dk için tavlama gerçekleştirin.
    6. Tavlama sonra ısıtmalı şeritler kaldırmak ve vakum sistemi içinde soğuk bir substrat üzerine koyun. Bu oda sıcaklığına örneklerinin hızlı soğutma sağlar.
      Not: Söndürülür şerit ısıl işlem sonunda aslında amorf materyal kristalleşme için yol yapısal değişiklikler neden olmaktadır.

2. Araştırma Metodları

  1. Mössbauer spektrometresi
    Not: Yeterince kısa edinme kez in situ NFS deneyler için 57Fe okudu MG üretiminin yaklaşık % 50 için zenginleştirilmiş demir kullanımı sağlar. Öte yandan, kurdeleler etkili kalınlığı önemli ölçüde artar. Bu emme Mössbauer bir geleneksel iletim geometri denemede kaydedilen çizgisinde son derece yüksek genişletilmesi için ilgili sorunlar teşkil etmektedir. Bu yüzden Mössbauer spektrometresi yüzey hassas teknikleri düşünülmelidir. Yani, dönüşüm elektron Mössbauer spektrometresi (CEMS) ve dönüşüm x-ışını Mössbauer spektrometresi (CXMS) uygulanır. CEMS yaklaşık 200 derinliğini yeraltı bölgeleri tararken nm, CXMS aşağı hakkında uzatmak daha derin bölgelerden gelen bilgiler 5-10 µm.
    1. Örnekleri CEMS/CXMS deneyler için hazırlamak; 6-8 adet kullanmak ~ 1 cm uzun şeritler için bir örnek.
    2. 1 x 1 cm2hakkında bir kompakt alanı oluşturmak için bir alüminyum tutucu şerit yan yana iliştirin; yapışkan bant şeritlere amaçları üzerinde kullanmak; Tüm şeritler ile onların hava taraf yukarı doğru yerleştirilmesi gerekir.
      Not: kurdeleler ve sahibi arasında bir elektrik temas ve örnek (yaklaşık 8 x 10 mm2) orta kısmında herhangi bir yüzey kirlenme, Örneğin, temizdir yapışkan bant kalır olun.
    3. Örnek ile alüminyum sahibi CEMS/CXMS Dedektörü yerleştirin.
    4. Ölçüm önce iç Dedektör birimi tüm kalan hava çıkarmak için algılama gaz akışı ile iyice yıkayın. 10-15 dk bu yordamı gerçekleştirmek izin verir.
    5. Gaz akışı detektöründen İğneli vana 3 mL/dk ayarlayın.
    6. Yüksek gerilim bulmak-e doğru bağlamak: yaklaşık 1.2 tipik bir değerdir kV CEMS ve yaklaşık 200 V CXMS için daha yüksek.
    7. Kayıt CEMS ve CXMS Mössbauer spectra 57Co/Rh radyoaktif kaynak ile donatılmış bir sabit ivme Spektrometre kullanarak. Spektrometre kılavuzuna göre oda sıcaklığında bir gaz dedektörü ile çalışır.
    8. Dönüşüm elektron ve x-ışınları tespiti bir o + CH4 ve Ar + CH4 gaz karışımı, sırasıyla dolu bir gaz dedektörü tarafından başarmak. Her iki durumda % 10 CH4 miktarını tutmak.
    9. Adımları 2.1.2-2.1.8 incelenen şeritler tekerlek taraf için tekrarlayın.
    10. Hız kalibrasyon14 cihazları bir ince (12,5 µm) α-Fe folyo kullanarak gerçekleştirin.
    11. CEMS/CXMS spectra değerlendirmek; elde edilen izomer shift değerleri bir oda sıcaklığında Mössbauer spektrum kalibrasyon α-Fe folyo ile ilgili alıntı.
      Not: Elde edilen Mössbauer spectra tarafından herhangi bir uygun uygun kodu, örneğin Confit yazılım24ile değerlendirilebilir.
  2. NFS
    1. Uygun nükleer rezonans beamline bir sinkrotron kullanarak NFS deneyleri başarmak. Olası bir seçenek: kimliği 18 Grenoble, Fransa Avrupa sinkrotron radyasyon tesisi (ESRF) adlı. 25
    2. Foton ışını 14.413 için enerji tune bir bant genişliği ile keV ~ 1 meV.
    3. Bir yaklaşık 6 mm uzun şerit incelenen mg bir vakum fırında yerleştirin.
    4. Kayıt NFS saat alan desen sürekli örnek için 700 ° C'ye kadar bir sıcaklık 10 K/dk. Kullanım 1-min bir rampa ile ısıtılması sırasında aralıkları sırasında işlem tavlama tüm in situ deneysel veri toplama zamanı.
      Not: NFS deney iletim geometrisi örnek'ın toplu hyperfine etkileşimleri hakkında bilgi elde edilir sağlar.
    5. Uygun bir yazılım (Örneğin, www.nrixs.com) kullanarak NFS deneysel verileri değerlendirmek.
      Not: bir in situ deneme sırasında genellikle en fazla 100 NFS saat-alan desen kaydedilir. CONUSS yazılım paketi26,27tarafından kendi değerlendirme sırasında bir yarı otomatik mod28böyle büyük veri miktarları değerlendirebilir Hubert adında özel bir ücretsiz yazılım uygulama göz önünde bulundurun.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 2 XRD desende geniş özelliksiz kırınım doruklarına sergiler. Gözlenen yansımaları göstermek üretilen şerit (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG XRD amorf olduğunu.

Hassasiyeti nedeniyle, XRD örtüsünü açmak yüzey kristalizasyon bazı sınırlamalar vardır. Crystallites MG daha az yaklaşık % 2-3 tutarında varlığı kritik değildir. Bu nedenle 'XRD amorf' terimi bazen kullanılır.

Şekil 3 ' te kaydedilen DSC ilk düşüş Orta sıcaklıkta ısıl işlem sırasında yer alan kadar söndürülür MG yapısal gevşeme tarafından neden olduğu ~ 400 ° C. DSC sinyal aşağıdaki belirgin azalma kristalizasyon ilk adıma karşılık gelir. Kristalizasyon başlangıçlı yaklaşık 400 ° C de 10 K/dak rampa sıcaklığıdır. Tavlama seçili sıcaklıklar katı daireler tarafından belirtilir.

Hangi uzun menzilli sipariş çeviri simetri birkaç kafes sabitler üzerinde sergi, sabit konumlarda rezonans demir atomlarının kristal kafes içinde karşılık gelen Mössbauer spectra dar çizgisinde sağlar. Onlar bireysel yapısal düzenlemeler için benzersiz olan spektral parametreleri ayrık değerler özelliği ve bu şekilde, farklı kristal aşamaları tanımlanması için parmak izi olarak hareket.

Öte yandan, eşdeğer olmayan düzensiz amorf malzemeler atomik pozisyonlarda tayf çizgileri genişletmeyi neden. Böylece, ilişkili spektral parametreleri ilgili değerleri dağılımları sergi. Hyperfine spektral parametreleri dağılımları yerel atomik düzenleme rezonans atomların kısa menzilli emrinde, Yani, bilgi sağlar. Buna göre Mössbauer spektrometresi yapısal düzenlemenin tipi doğrudan kimliği sağlar özellikle, kristal (CR) amorf (gösterildiği gibi AM) 5 rakamkarşı.

Dar ve geniş çizgisinde MGs ısıl işlem tarafından elde edilen Mössbauer spectra NCA, ortaya. Ayrıca, (Δ) bir eş ve hyperfine manyetik alanlar (B) bir sextet, bölme quadrupole dahil olmak üzere hyperfine etkileşim türünü sırasıyla manyetik ve manyetik olmayan örnekleri arasında ayırt edebilirsiniz. Amorf örnekleri söz konusu olduğunda, ilgili dağılımları P(Δ) ve P(B) elde edilir.

Genel olarak, incelenen örneklerde amorf bölgeler manyetik veya paramagnetic kökenli olabilir. Hyperfine manyetik alanlar P(B) dağılımları ve sırasıyla P(Δ), bölme quadrupole dağıtımları tarafından modellenmiştir. Bizim durumumuzda (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG olarak söndürülür durumunu manyetik ama paramagnetic bölgeler orta ısıl işlem (en çok başlangıcı sonra manyetik matris içinde gelişmeye kristalizasyon).

Kristalizasyon başlangıcı sonra yeni kurulan nanocrystallites arta kalan amorf matris içinde ortaya çıkar. İkinci söndürülür devlet, Yani, olduğu gibi aynı özellikleri manyetik ve manyetik olmayan bölgeler varlığını gösterir. Buna ek olarak, nanograins sergi yüzeyler bulunan atomlar simetri tedirgin. Bir taraftan, onlar mükemmel bir kristal kafes sırasını deneyimi; Diğer taraftan onlar düzensiz amorf matris ile temas vardır. Sonuç olarak, bu atomları arayüzü amorf dinlenme ve crystallites arasında bir tür oluşturur. Bu bileşeni yüksek manyetik29olduğundan böylece, hyperfine manyetik alanlar P(B) ek bir dağıtım tarafından modellenmiştir.

Ve meslek yazılım24 uydurma bir evrişim belirleyici sextet veya Gaussians ile (bir Mössbauer çizgi genişliğiyle 0,195 mm/s) Lorentzian satırlarının eş olarak dağılımları oluşturur. Spectra gözlenen asimetri için hesap için en çok üç Gaussians kullandık. İzomer shift, hyperfine manyetik alan, veya quadrupole bölme gibi belirleyici sextet ya da tamamen monte parametreler vardı. Satır yoğunluklarda 2nd ve sextets 5inci satırlık monte edildi ve çizgi yoğunluk oranı satırlarının (1+6):(3+4) 3:1 olarak sabit. Bireysel Gauss dağıtımları genişlikleri (Standart sapma) monte edildi.

Tüm Mössbauer spectra, sadece manyetik olarak bölünmüş varlığı içinde kristal bileşenleri görülmektedir. Lorentzian satırları tek tek sextets ile monte edildi. Monte parametreler dahil izomer kayması, hyperfine manyetik alan, çizgi genişliğini, 2nd ve 5inci satır yoğunluğunu ve bileşenin alanını. Satır yoğunluk oranı satırlarının (1+6):(3+4) 3:1 olarak tespit edildi.

Bazı spectra altı bireysel sextets kullanılmıştır. Burada, iki sextets için manyetik oksit ayrıldı. Tavlanmış örneklerinde yeni kurulan nanograins temsil etmek için dört sextets kullandık. Karşılık gelen kristal faz gizli-Fe, Co Co Fe bazı kafes siteleri değiştirir ki. Dört sextets kadar yakın komşular da bireysel tavlanmış örneklerinde toplam kristal içeriğine bağlı olarak bu durum modellemek için kullanılan Co en olası sayısı binom dağılımı dikkate alındığında.

Çevre yüzey bölgelerden alınan CEMS spectra (yaklaşık 200 derinliğini nm) bir 30 dk seçilen sıcaklıkta tavlama akımıdır yapısal düzenleme yansıtacak. Oda sıcaklığında şerit hava ve tekerlek yüzeyden alınan CEMS spectra Şekil 6' da gösterilmiştir.

Yapısal düzenleme daha derin yeraltı bölgelerde incelenen mg göstermek CXMS spectra (aşağı yaklaşık 5-10 µm) Şekil 7' de gösterilen.

Göreli alanları için kristal aşama karşılık gelen spektral bileşenlerin her iki yöntem türetilmiş gibi Şekil 8 sıcaklıkta tavlama bir fonksiyonu olarak çizilir.

Şekil 6 ve Şekil 7 ' de ayırt edici dar Mössbauer çizgiler gizli-Fe, oluşumu 410 ° C'de tavlama sonra görünür Co kristal tahıl gösterir. Tavlama yükselen sıcaklık ile onların giderek Şekil 8' de gösterildiği gibi artırır. Onlar yakın yüzey katmanları CEMS tarafından de olduğu gibi daha derin bölgeleri CXMS tarafından tanımlanan.

İzini sürmek-in dar Mössbauer satırları da düşük sıcaklık tavlama ve hatta eyaletteki söndürülür, yani direksiyonda sonra ortaya çıkar (bkz: Şekil 6b ve şekil 7b) yan. Korozyon ürünleri Fe oksitleri aitler. Üretim süreci sırasında biraz nemli hava erime ve su verme tekerlek arasında sıkıştı. Nem hemen buharlaşır ve hava içinde korozyon başlatılan cepler oluşturur. Bu bileşen Mössbauer sinyal çok zayıf ve daha yüksek sıcaklıkta tavlama sonra o bu ortaya çıkan gizli-Fe, Co nanocrystals ile örtüşüyor. Bu korozyon ürünleri tanımlaması 57Fe bu örneklerdeki yüksek içerik nedeniyle ağırlıklı olarak etkinleştirildi dikkat çekicidir. Kendi üretimi için doğal bir demir kullanılmalıdır bu spektral bileşen değil bulmak. Bu bağlamda, Mössbauer spektrometresi Örneğin, XRD daha duyarlı kristal aşamaları demir içeren tanımlanması için.

410 ° C'de tavlama sonra nanocrystallites varlığını gösteren dar Mössbauer satırlarının de ayırt edici olduğunu belirtmek gerekir Yine de, bu satırları izleri de 370 ° c °, DSC tarafından önerilen Tx1 daha düşük bir sıcaklıkta tavlama sonra ortaya çıkar. Nerede su verme şartları tekerlek tarafında o kadar etkili değildir hava tarafında daha belirgindir. Böylece, kristalizasyon Bu şeritler yüzeyinde başladı.

Mössbauer spectra gizli-Fe Co kristal faz değerlendirilen dört dar sextets Co0, Co1, Co2 ve Co3 işaretlenmiş kullanarak. Buna bağlı olarak sıfır, bir, iki ve en yakın komşularının, üç Co Fe konumlarla temsil ederler. Elde edilen hyperfine manyetik alanlar Şekil 9' da gösterilen. Co atom sayısı ile hyperfine manyetik alanlar Fe sitelerdeki artacaktır. Bireysel yöntemleri, yani CEMS ve CXMS şeritler iki tarafa da uygulanan tüm tavlama sıcaklıkları üzerinden ortalama. Son olarak, dört kısmi değerlerin ortalamasını elde edildi. Elde edilen hyperfine manyetik alanlar Þekil 9aiçinde çizilir.

Co farklı sayıda en yakın komşular karşılık, hyperfine manyetik alanlar evrimi karşı tavlama sıcaklığı Şekil 9b içinde çizilir. Onlar Þekil 9aalınan ortalama değerleri dağılmış. Önemli sapmalar Co0 ve Co2 tavlama düşük sıcaklıklarda gözlenir. Co2 bileşen bile 370 ° C'de tavlama sonra ortaya çıkmıştır çekicidir Bu o gizli-Fe, nanocrystals zaten bu sıcaklıkta büyümeye başlar Co gösterir. Özellikle yeni kurulan tahıl boyutu etkileri nedeniyle ortalama üzerinden ilişkili hyperfine manyetik alanlar sapmak. Bu spektral bileşeni tek bir binom dağılımı onun en yüksek olasılık nedeniyle olarak tespit edilmiştir.

410 ° C'de tavlama sonra şerit yüzeyi kristalleşme iyi belgelenmiştir (Ayrıca bkz: Şekil 8). Karşılık gelen spektral bileşenlerin istikrarlı hyperfine manyetik alanlar dışında bir - Co0 sergi. Sadece en yakın komşular sıfır Co Fe konumlarla başlar onların olasılık nispeten düşük olması nedeniyle görünmesini (Co0 olasılığıdır 0,09 CO2 0.31 ise). Sonuç olarak, onların hyperfine manyetik alan değerleri de etkilenir.

Ex situ Mössbauer spektrometresi kristal evrelerini bir söndürülür MG ısıl işlem tarafından üretilen türünü tanımlamak için uygun bir yöntemdir. Ayrıca, çünkü hyperfine etkileşimleri probları ikame atomlar farklı bir dizi ile kafes siteler arasında ayırt edebilirsiniz.

Nükleer rezonans saçılma sinkrotron radyasyon ile son derece yüksek parlaklık ve ayarlanabilir enerji30featuring etkili bir şekilde gerçekleştirilebilir. Eşleşen uygun enerji seçimi 57Fe nükleer seviyelerinde ayrılması ile NFS katılımı için malzeme araştırma31yılında birçok deneysel çalışma sağlar. Aslında, bu teknik Mössbauer spektrometresi32' ye benzer düşünülebilir.

Sinkrotron radyasyon darbeleri ile tipik bir süresi ~ 50 ps sağlamak fotonlar ile bant genişliği birkaç meV. Hyperfine etkileşimlerin sırasını birkaç neV olduğundan, aynı anda tüm olası geçişler nükleer düzeyleri arasında böyle bir darbe heyecanlandırıyor. Bunun sonucunda deexcitation fotonlar tutarlı ve birbirleri ile müdahale. Radyoaktif bir kaynaktan yayımlanan fotonlar benzersiz enerji istenen enerji için Doppler etkisi ile modüle olduğunda buna ek olarak, geleneksel Mössbauer spektrometresi uyarma ve deexcitation ardışık olarak etkinleştirilir. Fotonlar girişim Şekil 10' şematik çizilir.

NFS zaman etki alanı desenleri araziler örnek tarafından gecikmeli bir zaman bir işlevi yayılan fotonlar numarasını temsil eder. Bunlar tespiti 'fotonlar gecikmeli kadar' bir sinkrotron radyasyon darbe ile nükleer düzeyleri uyarma üzerinden geçen bir zaman ikincisidir.

Ölçüm sıcaklığı bağlı olarak, üç ayrı sıcaklık bölgelere ayrılır. Sonuç olarak, biz üç göz önünde hyperfine etkileşimleri sıcaklık evrimi modelleri uygun ve bireysel sıcaklık bölgeleri içinde yapısal dönüşümleri eşlik eden istihdam.

Curie noktaya kadar düşük sıcaklıklar oluşur ilk bölgede incelenen MG amorf ve manyetik etkileşimler sergiler. Karşılık gelen fiziksel model hyperfine manyetik alanlar iki dağılımları oluşuyordu. Onlar kısa menzilli sipariş (SRO) düzenlemeler ile amorf bölgeler temsil eden iki tür görevlendirildin oldukça yüksek (~ 22 T) ve düşük (~ 8 T) ortalama hyperfine manyetik alanlar (Oda sıcaklığında). Her iki dağıtımları için karşılık gelen ortalama hyperfine manyetik alanların değerleri monte edildi. Her iki bileşenin göreli katkıları olan oda sıcaklığında kaydedildi sadece NFS zaman etki alanı modeli, monte edildi. Situ deneyler sıcaklığını artırmak için kendi göreli oranı sabit tutuldu.

İkincisi, Yani, orta sıcaklık bölge Curie noktası ve ilk kristalizasyon başlangıcı arasında incelenen MG hala amorf ama zaten paramagnetic. Elde edilen yapı quadrupole bölme tek bir dağıtım tarafından modellenmiştir. Böylece, yalnızca ortalama değerini takıldı.

İlk kristalizasyon, Yani, yüksek sıcaklık bölgesi, gizli-Fe oluşumu başlangıcı sonra Co nanograins başlar. Onlar deneme önemli ölçüde yüksek sıcaklık nedeniyle paramagnetic arta kalan bir amorf matris katıştırılır. Sonuç olarak, üçüncü uygun model hangi önceki durumda olduğu gibi aynıydı bölme quadrupole dağılımı oluşuyordu. Nanograins varlığı için hyperfine manyetik alanlar (dağıtılmış değilyani), benzersiz değerler içeren ek dört manyetik bileşenler tarafından muhasebesi. Onların göreceli kesirler Co en yakın komşular geleneksel Mössbauer spektrometresi durumunda olduğu gibi benzer bir binom dağılımı elde edilmiştir. Diğer crystallites katkısını örnek, bu neden hiçbir ek manyetik bileşen ihtiyaç vardı toplu olarak tanımlanmamış. Nanocrystalline faz ve amorf kalan matris göreli katkısı ile donatılmış parametreler dahil ortalama quadrupole ikinci aşama ve dört hyperfine manyetik crystallographic kişiye atanan alanın değerini bölme siteleri. Monte parametreleri elde edilen sıcaklık açılımlar için tüm üç bölgeye ayrı rakamlar sunulmaktadır.

Deneysel veri değerlendirme önce beş kapıyla sayılan yoğunluğu artırmak ve böylece, sinyal-gürültü oranı geliştirmek için özetlenebilir. Kullanılan çığ fotoğraf diyot Dedektör çözümlemesidir 0,1 büyük zaman ns, bu veri tedaviden dedektörü'nın çözünürlük için yaklaşık 0,5 azalma neden dikkate alınarak hala hyperfine parametrelerinin belirlenmesi için tatmin edici ns. Buna ek olarak, kullanılan dedektörü ihmal edilebilir arkaplan sayısı sıklığını NFS sinyal ile karşılaştırıldığında sergiler. Sonuç olarak, arka plan parametresi sıfırdan değerlendirme işlemi sırasında tutuldu.

NFS deneyler sırasında 10 K/dk hızında yükselen sıcaklık sürekli artış yapıldı. Verileri edinimi da sürekli ve NFS zaman etki alanı desenleri her dakika sonunda bekletildi. Bir deneme sırasında bireysel NFS zaman etki alanı kayıt birkaç on toplanmıştır. Bu şekilde, incelenen MG bütün toplu olarak yer alan yapısal dönüşümleri ilerlemesini takip situ içinde zaman ve/veya sıcaklık ile ilgili olabilir.

Bireysel NFS saat-alan şablon örnekleri nerede deneysel veriler (Hatalı tam nokta) ve teorik olarak hesaplanmış eğriler (düz çizgi) verilmiştir Şekil 11 ' de gösterilen. İkinci yukarıda açıklandığı gibi farklı sıcaklık aralıkları için farklı uygun modeller kullanılarak değerlendirilmiştir. Axes logaritmik ölçeğinde verildiğini unutmayın. Böylece, hatta küçük sapmalar deneysel noktaları ve teorik olarak hesaplanmış eğriler arasındaki görsel olarak geliştirilmiştir. Yine de, burada da bazı farklılıklar ortaya, özellikle daha uzun gecikmiş zaman bölgeleri, oldukça düşük sayar nedeniyle ortaya çıkan hyperfine etkileşimleri üzerine etkileri ihmal edilebilir düzeydedir.

Tüm NFS desen Şekil 12 ' kontur Arsa tarafından sunulmaktadır. Resonantly dağınık fotonlar Gecikmeli zaman apsis teşkil eder ve Isıtma sıcaklık edinimi NFS veri deney sırasında y ekseni üzerinde verilir. Kayıt yoğunluklarını Logaritmik ölçekte renk kodludur.

Şekilleri belirgin sapmalar Şekil 11 ve Şekil 12 NFS kayıtlarında açıkça hyperfine etkileşimleri belirli sıcaklıklarda gözlenen değişimler gösterir. Curie sıcaklığı TC geçiş ferromanyetik okudu MG paramagnetic düzenlenmesi için gelen karşılık gelir. İkinci mertebeden bir faz geçiş olduğunu. Yapısal açıdan, ancak, hala amorf sistemidir.

Ne zaman nanocrystallites amorf matris ortaya şekiller NFS zaman etki alanı kayıt Tx1 , dramatik bir değişim kristalizasyon başlangıcı ile ilgilidir. Bu yapısal dönüşüm manyetik hyperfine etkileşimleri re-görünüm tarafından eşlik ediyor. Onlar yeni kurulan gizli-Fe arasında Co nanograins belirlenir. Ferromanyetik sipariş ile yükselen sıcaklık deneme bile, hayatta.

Hyperfine manyetik alanlar nanocrystals ve onların göreceli miktarda ısı evrimi destekleyen yapýlandýrmalar gösterilir Şekil 13a ve Şekil 13b, anılan sıraya göre. NFS yüksek duyarlılık nedeniyle, gizli kafes Fe atomlar yakın komşu olarak dahil edilmiştir Co atomlar farklı sayıda varlığı onların hyperfine manyetik alanlar farklılıkları üzerinden ayrılır olduğunu unutmayın. Onlar ve sıfır, bir, iki ve üç Co en yakın komşular karşılık Co3 Şekil 13 ' te Co0 olarak gösterilir.

Oldukça küçük rakam 13a kristalizasyon başında gözlenen hyperfine manyetik alan Kristal tahıl gelişen boyut etkisi nedeniyle değerlerdir. Onların kafes yavaş yavaş de karşılık gelen hyperfine manyetik alanlar belirler onun son siparişin satın aldı. Yaklaşık 500 ° C sıcaklık ulaştıktan sonra ikinci bağları ve değerlerine sadece sıcaklık değişimleri tarafından yönetilir. Hyperfine manyetik alanlar neredeyse farkedilemez yavaş azalması yükselen sıcaklık deneme ile yeni kurulan kristal faz Curie sıcaklığı oldukça yüksek bir değer önerisinde bulunur.

Nanocrystals sayısı giderek T için artar > Şekil 13bgösterildiği Tx1 . Bireysel montaj bileşenleri sıcaklık evrimi de görüntülenir. Bu durumda, sembolleri boyutunu karşılık gelen hata aralıktan daha yüksektir. Bu Co0 ve Co3 gösterilen bileşenleri çok benzer değerleri sergi dikkat çekicidir. Bu düşük değerler en yakın komşular sıfır ve üç Co ilişkili binom dağılımı türetilmiş gibi kaynaklanır.

Hyperfine manyetik ve elektrik quadrupole etkileşimleri amorf Matrix'in sıcaklık gelişimi Şekil 14' te gösterilmiştir. Düşük sıcaklık bölgesi nerede T < TC, hyperfine alanlar her iki değerlendirme bileşenlerinin azalma tahrik beklenen bir sıcaklık gözlenen 14a rakam. Burada, uygun modeli hyperfine manyetik alanlar iki dağılımları oluşur.

Bütün MG manyetik olmayan kristalizasyon, Tx1başlangıcı kadar amorf, olsa da. Sonra nanocrystalline tahıl ortaya ama artık amorf matris hala manyetik olmayan. Sonuç olarak, alaşım amorf parçası tekrar bölme quadrupole bir dağıtım tarafından oluşturulur ve elde edilen ortalama değerleri Şekil 14b sıcaklık karşı çizilir. Bu parametre ani bir değişiklik Tx1görülür. İkinci eğri bir dönüm noktası olarak tespit edilmiştir.

Sayıları (alanlar) in situ NFS deney sıcaklığı ile ilgili bireysel NFS saat-alan kalıplarının toplam sayısı evrimi Şekil 15' te gösterilen. Kesin bireysel parametrelerin değerlendirilmesi için herhangi bir ihtiyaç olmadan da incelenen sistem karakterizasyonu için kullanılabilir. Üç iyi ayırt edici bölgeleri tespit edilebilir. Onlar karakteristik sıcaklık TC ve Tx1tarafından ayrılır. Not TC, NFS sinyal neredeyse yok oldu.

TC doğru toplam sayar ilk azalma hyperfine manyetik alanlar sıcaklık azaltma amorf aşamasında yansıtır. Sonuç olarak, enerji etki alanında görülmektedir, başlangıçta de çözümlenmiş sextet, sonunda kötü çözümlenmiş geniş tek satırlı sinyal için ne zaman dipolar manyetik etkileşimler tamamen yok olur Yani, TC daraltır. Saat alan emilir ve yeniden verilmiş fotonlar uyarma darbe sonra müdahale. Çünkü enerji ve zaman etki alanları Fourier dönüşümü ile birleştiğinde, bazı sonuçları düşünülmelidir. Örneğin, enerji alanındaki geniş çizgiler sinyal saat alan ve ahlak bozukluğu çok yönlü hızla çürüyen tarafından temsil edilir. Böylece, TC saat sinyalini sadece uyarma darbe Şekil 11büst desende tarafından gösterildiği gibi sonra bir çok dar zaman aralığı sıkışmış. Burada, ilgili deneysel veriler yalnızca ilk 40 sırasında görülen ns. Saat sinyalini daha uzun süreleri için olası evrimi sadece teorik olarak hesaplanan eğri tarafından belgelenmiştir.

Saat alan şablonlarla eşleşen tüm parçalara sadece 20 başlatmak unutulmamalıdır ns uyarma darbe sonra. İstemi ve kullanılan dedektörleri ciddi zarar verebilir gecikmeli fotonlar son derece yüksek sayısı nedeniyle bu. Yani neden dedektörleri elektronik olarak geçişli ve gelen fotonlar sırasında ilk 20 kayıt olabilirim ns. Yine de, paramagnetic durumuna geçiş sonra enerji etki alanında oldukça dar çizgiler sağlayan niteliksel yeni hyperfine etkileşimleri ortaya ve bu nedenle, ilgili zaman etki alanı sinyal daha yavaş bozunmaları. Sonuç olarak, görünür Şekil 11b alt desende tarafından gösterildiği gibi köklü kuantum beat desenleri ve Şekil 15 adet toplam sayısı önemli ölçüde artmıştır.

Sayıları (yani sonra Tx1) sonraki güz dipolar manyetik etkileşimler featuring şiddetle ferromanyetik nanocrystallites oluşumuna esas olarak atfedilen. Karşılık gelen saat alan desenleri olan, ancak, bu hala kısmen amorf bir aşama daha alt bir alanı kapsayacak çok yüksek frekanslı Beats gösterilir (bkz. Şekil 11 c).

Hedef sıcaklığı 700 ° c ulaştıktan sonra NFS deney zaman yaşamak için 10 dk bu sıcaklık ve sonraki soğutma ile devam etti. Kaydedilen saat-alan desenleri Şekil 16 ' deneme süresi ile ilgili olarak gösterilir. İzotermal bölgede NFS saat-alan desen şeklini önemli ölçüde değişmez. Bazı zirvesinin yoğunluk ılımlı bir artış görülmektedir. Bu zamanla yetişen kristal tahıl evrimi atfedilir. Sonuç olarak, karşılık gelen hyperfine ilişkileri açıkça Şekil 16izotermal bölgede görülen yoğunluk içinde ayağa kalkın.

Soğutma sırasında NFS doruklarına oda sıcaklığında beklenen son konumlarını doğru hareket ettirin. Aynı zamanda, onların yoğunluklarda da sıcaklık azalan ile rezonans etkisi olasılığını artış nedeniyle artış. Bu değişiklikleri Şekil 16 (yani, soğutma bölgesi) üst yarısı deneyde 10inci dk sonra görülebilir.

Figure 1
Şekil 1: düzlemsel akışı döküm için aleti. (bir) Şematik diyagramı ve (b) fotoğraf gerçek bir aygıt. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: su (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam XRD. Geniş özelliksiz yansımaları şerit XRD amorf gösteriyor. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: DSC kayıt su (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Katı daireler tavlama amaçlanan sıcaklıklar olduğunu gösterir; kristalizasyon Tx1 başlangıçlı sıcaklığını okla işaretlenmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: ex situ ısıl işlem olarak söndürülür metalik cam şerit için aleti. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: Model Mössbauer spectra. Kristal (CR) malzemeler (sağda) hyperfine etkileşimlerin ayrık değerler sağlayan dar Mössbauer satırları (solda) sergi. Amorf (AM) malzemeler geniş çizgiler (orta) ve manyetik olmayan P(Δ) ve manyetik P(B) hyperfine etkileşimleri dağıtımları ile karakterizedir. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: CEMS spectra (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Spectra alınmıştır (bir) hava yan ve (b) tekerlek yan belirtilen sıcaklıklarda komplementer şerit (a.q. olarak su =). Mössbauer çizgisinde için kristal aşama karşılık gelen mavi (gizli-Fe, Co) çizilen ve (Fe oksitleri) yeşil. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: CXMS spectra (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Spectra alınmıştır (bir) hava yan ve (b) tekerlek yan belirtilen sıcaklıklarda komplementer şerit (a.q. olarak su =). Mössbauer çizgisinde için kristal aşama karşılık gelen mavi (gizli-Fe, Co) çizilen ve (Fe oksitleri) yeşil. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8: göreli alanlarında spektral bileşenlerin çizilen tavlama sıcaklığı karşı Mössbauer. Bileşenleri Fe-oksit (daireler) ve gizli-Fe, Co (kare) karşılık gelir. Onlar (bir) üzerinden türetilmiş CEMS ve (b) CXMS spectra hava (tam semboller) ve şeritler (tekerlek (açık sembolleri) tarafında alınan (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam olduğunu a.q. olarak su =). Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 9
Şekil 9: Hyperfine manyetik alanlar kristal bileşeninin. Co (bir) sayısını en yakın komşuları karşı Hyperfine manyetik alanlar CEMS (kırmızı semboller) ve CXMS (mavi semboller) spectra (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam elde çizilen tavlama, bir gizli kafes ve (b) sıcaklık. Spectra hava tarafı (tam semboller) ve tekerlek tarafı (açık sembolleri) alınmıştır. Hyperfine alanlarının Ortalama değerlerini yeşil semboller ile çizilen ve kesik çizgiler. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 10
Şekil 10: Mössbauer spectra ve NFS zaman etki alanı desenleri karşılaştırılması. Nükleer geçişler arasında bölünmüş nükleer düzeyleri (orta) verir sıralı kayıt Mössbauer spectra (enerji etki alanında sol) için ayağa kalkın. Olay sinkrotron radyasyon eşzamanlı uyarma tarafından tek bir darbe sırasında farklı enerjileri sonraki de-uyarma fotonlar müdahale ve bir NFS saat-alan desen (sağda) sağlar. Manyetik olmayan ve manyetik hyperfine etkileşimleri etkisini de karşılaştırılır. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 11
Şekil 11: Seçili NFS saat-alan şablon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam örnekleri. Deneysel veriler (hata aralığı da dahil olmak üzere) tam sembollerle çizilen teorik olarak hesaplanmış eğriler (düz çizgi) tarafından rafine. NFS veri belirtilen sıcaklıklarda alındı ve farklı sıcaklık aralıkları oluşturan: (bir) Curie noktası, (b) arasında Curie noktası ve başlangıcı kristalizasyon ve (c) aşağıda kristalizasyon başlangıcı ötesinde. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 12
Şekil 12: Kontur Arsa (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam situ sıcaklık deneme sırasında alınan NFS saat-alan kalıplarının. Geçiş sıcaklıklar Curie noktası (TC) ve kristalizasyon (Tx1) başlangıcı da dahil olmak üzere tüm sıcaklık aralığı üç ayırt edici aralıkları bölün. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 13
Şekil 13: NFS in situ deneme (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Kristal aşamasına karşılık gelen saat-alan desenleri parametrelerinin ölçüm sıcaklığı karşı çizilen: (bir) hyperfine manyetik alanlar ve gizli-Fe, 0 featuring Co kafes belirli atomik sitelerinin (b) göreli alanları , 1, 2 ve 3 Co Fe atomların komşular en yakın. Bu rakam [21] PCCP sahibi toplumlar izni ile değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 14
Şekil 14: NFS in situ deneme (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Hyperfine parametreleri kalan amorf matrix ölçüm sıcaklığı karşı çizilen: (bir) ortalama hyperfine manyetik alanlar ve (b) ortalama quadrupole bölme. Parametreleri için farklı sıcaklık bölgeleri uygulanan belirli uygun modelleri tarafından rafine. Kristalizasyon (Tx1) başlangıcı sıcaklığını bir okla işaretli. Bu rakam [23] değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 15
Şekil 15: NFS in situ deneme (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam. Toplam alan ölçüm sıcaklığı karşı çizilen NFS saat-alan desen. Ayırt edici sıcaklık geçişler TC (Curie noktası) ve Tx1 (kristalizasyon başlangıcı) ile etiketli ve oklarla işaretlenmiş. © 2017 Marcel B. Miglierini ve Vít Procházka adapte ref. [22]; Başlangıçta CC altında Yayınlanan BY-NC 4.0 lisans. Edinilebilir: DOI: 10.5772/66869. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 16
Şekil 16: NFS zaman etki alanı desenleri (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 metalik cam sıcaklık ısıtma sonra alınan dağılımı arsa. NFS zaman etki alanı desenleri hedef sıcaklığı 700 ° C ve bunun sonucunda soğutma ulaştıktan sonra 10 dk bekleme sırasında kaydedildi. Not deneme zamanı ile y-koordinatı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ex situ Mössbauer etkisi deneyler incelenen MG uygulanan ısıl işlem sonra karşılaşılan bir sabit durumu anlatmak. Her spektrum, oda sıcaklığında birkaç saatlik bir süre için toplanmıştır. Böylece, başlangıçta amorf yapısı evrimi koşulları tavlama bir fonksiyonu izledi. Mössbauer spektrometresi hyperfine etkileşimleri rezonans çekirdeği hareket duyarlı olduğundan, hafif yüksek sıcaklık tarafından indüklenen yapısal ve/veya manyetik değişiklikleri ayrıntılarını örtüsünü açmak olabilir. Yine de, geçici olarak değişen koşulları (Örneğin, sıcaklık artışı) etkisi zaten sona erdiğinde incelenen örnekler ortam koşulları altında denetlenir.

Situ NFS deneyler sırasında değişen sıcaklık maruz kaldıkları dinamik modda okudu MG inceleyin. Bu faiz, bir MG sisteminin davranışını niteliksel yeni bir anlayış bu durumda açar. Bu NFS veri bir dakika içinde iktisap dikkat çekicidir. Bu hyperfine etkileşimlerin evrimin gerçek zamanlı denetim sağlar. Bu geleneksel Mössbauer spektrometresi tarafından neredeyse imkansız. Biz, ancak, elde edilen parametreleri üzerinde ortalama kabul etmesi gerektiğini bir dakikalık aralıklarla sırasında veri kaydedilir. Yine de, böyle bir kısa zaman aralığı sırasında bağımsız parametreleri içinde olası değişimler ihmal edilebilir düşünülebilir.

Mössbauer spektrometresi ve NFS Fe rezonans atomları hyperfine etkileşimleri aracılığıyla yerel mahallelerinde sonda. Sonuç olarak, yapısal düzenleme ve manyetik mikroyapı bilgi aynı anda kullanılabilir. Bu özellikle önemli olduğunda NCA gibi karmaşık sistemleri incelenmiştir. Biz göstermiştir, sadece manyetik geçiş--dan ferromanyetik ama aynı zamanda bunun sonucunda yapısal dönüşümü, yani, kristalizasyon paramagnetic anlaşma takip etmek mümkün değil gibi. Nanograins oluşumu sürekli ve geçici koşullar altında kontrol. Ayrıca, bireysel kafes siteleri gizli yapısındaki yabancı atomlar farklı sayıda ile onların detaylı karakterizasyonu featuring tanımlaması da mümkün olabilir.

Geleneksel Mossbauer spektroskopisi tarafından gerçekleştirilen ex situ deneyler, istikrarlı ve metastable Birleşik Devletleri de dahil olmak üzere malzeme üzerinde sabit Birleşik için bilgi sağlar. Bu da yerel yanı sıra manyetik yapısal düzenlemeler ilk (su-) malzeme ve nihai ürün, araştırmak için anlamına gelir. İkinci yolu ile eski nanocrystallization uygun ısıl işlem sonra elde ama ortam koşulları ölçülür. Ancak, ex situ Mössbauer spektrometresi enerji etki alanındaki bilgileri sağlar. Böylece, elde edilen spectra incelenen malzemenin devlet ve daha rahat değerlendirme ve yorumlama için doğrudan ilişkilidir.

Öte yandan, in situ NFS yaklaşım faz dönüşümleri sırasında ortaya çıkan geçici işlemler soruşturma için uygundur. Malzemenin düzenleme hakkında bilgi zaman etki alanında kaydedilen kuantum Beats kodlandığı için NFS desenleri değerlendirilmesi bir iştir. Ex situ Mössbauer etkisi deneylerden elde edilen sonuçlar doğru kullanımı tarafından çözülebilir. Böylece, her iki yöntem kombinasyonu incelenen sisteminin istikrarlı hem de geçici Birleşik incelemesini etkinleştirir.

Her iki teknikleri açısından elde edilen sonuçlar hem de koşullar altında onlar elde edildi tamamlayıcı niteliktedir. Elde edilen deneyim, yapısal ve/veya manyetik geçişler ile ilgili diğer konularda çalışmalar da etkili bir şekilde kullanılabilir. Tipik bir örnek olarak, ara evre Fe(VI) sıcaklık tedavisi sırasında katı hal azaltma Fe(III) oksitler için demir valans devlet farklı varlığını belirtilen33olabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu eser Slovak araştırma ve Geliştirme Ajansı tarafından altında Sözleşme No desteklenmiştir APVV-16-0079 ve APVV-15-0621, VEGA 1/0182/16 ve VEGA 2/0082/17 ve iç IgA grant Palacký Üniversitesi (IGA_PrF_2018_002) verir. R. Rüffer (ESRF, Grenoble) sinkrotron deneyler hakkında yardım almak için minnettarız.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
stable isotope, 57Fe Isoflex USA iron-57 metallic form
standard eletrolytic Fe, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 1.03819 fine powder
electrolytic Co, 99.85 % Sigma Aldrich (Merck) 1.12211 fine powder
electrolytic Cu, 99.8 % Sigma Aldrich (Merck) 1.02703 fine powder
electrolytic Mo, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 1.12254 fine powder
crystalline B, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 266620 crystalline
calibration foil for Mössbauer spectrometry, bcc-Fe GoodFellow 564-385-23 foil 0.0125 mm, purity 99.85 %
HNO3 acid, ANALPURE Ultra Analytika Praha, Czech Republic UAc0061a concentration 67 %, volume 500 mL
spectrometer for atomic absorption spectrometry Perkin Elmer 1100, Germany
spectrometer for optical emmission spectrometry with inductively coupled plasma Jobin Yvon 70 Plus, France
X-ray diffractometer Bruker D8 Advance, USA
differential scanning calorimeter Perkin Elmer DSC 7, Germany

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. McHenry, M. E., Laughlin, D. E. Nano-scale materials development for future magnetic applications. Acta Mater. 48 (1), 223-238 (2000).
  2. Chang, Y. -H., Hsu, C. -H., Chu, H. -L., Chang, C. -W., Chan, W. -S., Lee, C. h-Y., Yao, C. -S., He, Y. -L. Effect of uneven surface on magnetic properties of Fe-based amorphous transformer. Int. J. Elect. Comp. Energetic, Electronic and Commun. Eng. 5 (8), 1160-1164 (2011).
  3. Herzer, G. Modern soft magnets: Amorphous and nanocrystalline materials. Acta Mater. 61 (3), 718-734 (2013).
  4. Yoshizawa, Y., Oguma, A., Yamauchi, K. New Fe-based soft magnetic-alloys composed of ultrafine grain-structure. J. Appl. Phys. 64 (10), 6044-6046 (1988).
  5. Suzuki, K., Kataoka, N., Inoue, A., Makino, A., Masumoto, T. High saturation magnetization and soft magnetic-properties of bcc Fe-Zr-B alloys with ultrafine grain-structure. Mater. Trans. JIM. 31 (8), 743-746 (1990).
  6. Willard, M. A., Laughlin, D. E., McHenry, M. E., Thoma, D., Sickafus, K., Cross, J. O., Harris, V. G. Structure and magnetic properties of (Fe0.5Co0.5)(88)Zr7B4Cu1 nanocrystalline alloys. J. Appl. Phys. 84 (88), 6773-6777 (1998).
  7. Makino, A., Men, H., Kubota, T., Yubuta, K., Inoue, A. New Fe-metalloids based nanocrystalline alloys with high B-s of 1.9 T and excellent magnetic softness. J. Appl. Phys. 105 (7), (2009).
  8. Suzuki, K., Herzer, G. Magnetic-field-induced anisotropies and exchange softening in Fe-rich nanocrystalline soft magnetic alloys. Scripta Mater. 67 (6), 548-553 (2012).
  9. Hasegawa, R. Advances in amorphous and nanocrystalline materials. J. Magn. Magn. Mater. 324 (21), 3555-3557 (2012).
  10. Hristoforou, E., Reilly, R. E. Nonuniformity in amorphous ribbon delay lines after stress and current annealing. J. Appl. Phys. 69 (8), 5008-5010 (1991).
  11. Hristoforou, E., Niarchos, D. Fast characterization of magnetostrictive delay-lines. IEEE Trans. Magn. 29 (6), 3147-3149 (1993).
  12. Miglierini, M., Lančok, A., Kohout, J. Hyperfine fields in nanocrystalline Fe-Zr-B probed by 57Fe nuclear magnetic resonance spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 96 (21), (2010).
  13. Kohout, J., Křišťan, P., Kubániová, D., Kmječ, T., Závěta, K., Štepánková, H., Lančok, A., Sklenka, Ľ, Matúš, P., Miglierini, M. Low Temperature Behavior of Hyperfine Fields in Amorphous and Nanocrystalline FeMoCuB. J. Appl. Phys. 117 (17), 1-17 (2015).
  14. Gütlich, P. h, Bill, E., Trautwein, A. X. Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, Germany. (2011).
  15. Stankov, S., Sepiol, B., Kaňuch, T., Scherjau, D., Würschum, R., Miglierini, M. High Temperature Mössbauer Effect Study of Fe90Zr7B3 Nanocrystalline Alloy. J. Phys.: Condens. Mat. 17 (21), 3183-3196 (2005).
  16. Smirnov, G. V. General properties of nuclear resonant scattering. Hyperfine Int. 123 (1-8), 31-77 (1999).
  17. Röhlsberger, R. Nuclear Condensed Matter Physics with Synchrotron Radiation. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, Germany. (2004).
  18. Miglierini, M., Procházka, V., Stankov, S., Švec, P. Sr, Zajac, M., Kohout, J., Lančok, A., Janičkovič, D., Švec, P. Crystallization kinetics of nanocrystalline alloys revealed by in-situ nuclear forward scattering of synchrotron radiation. Phys. Rev. B. 86 (2), (2012).
  19. Miglierini, M., Procházka, V., Rüffer, R., Zbořil, R. In situ crystallization of metallic glasses during magnetic annealing. Acta Mater. 91, 50-56 (2015).
  20. Procházka, V., Vrba, V., Smrčka, D., Rüffer, R., Matúš, P., Mašláň, M., Miglierini, M. Structural transformation of NANOPERM-type metallic glasses followed in situ by synchrotron radiation during thermal annealing in external magnetic field. J. Alloy. Compounds. 638, 398-404 (2015).
  21. Miglierini, M., Pavlovič, M., Procházka, V., Hatala, T., Schumacher, G., Rüffer, R. Evolution of structure and local magnetic fields during crystallization of HITPERM glassy alloys studied by in situ diffraction and nuclear forward scattering of synchrotron radiation. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (42), 28239-28249 (2015).
  22. Miglierini, M. B., Procházka, V. Nanocrystallization of Metallic Glasses Followed by in situ Nuclear Forward Scattering of Synchrotron Radiation. X-ray Characterization of Nanomaterials by Synchrotron Radiation. Khodaei, M., Petaccia, L. , InTech. Rjeka, Croatia. 7-29 (2017).
  23. Miglierini, M., Matúš, P. Structural Modifications of Metallic Glasses Followed by Techniques of Nuclear Resonances. Pure Appl. Chem. 89 (4), 405-417 (2017).
  24. Žák, T., Jirásková, Y. CONFIT: Mössbauer spectra fitting program. Surf. Interf. Anal. 38 (4), 710-714 (2006).
  25. Rüffer, R., Chumakov, A. I. Nuclear-resonance beamline at ESRF. Hyperfine Interact. (1-4), 589-604 (1996).
  26. Sturhahn, W., Gerdau, E. Evaluation of time-differential measurements of nuclear-resonance scattering. of X-rays Phys. Rev. B. 49 (14), 9285-9294 (1994).
  27. Sturhahn, W. CONUSS and PHOENIX: Evaluation of nuclear resonant scattering data. Hyperfine Interact. 125 (1-4), 149-172 (2000).
  28. Vrba, V., Procházka, V., Smrčka, D., Miglierini, M. Advanced Approach to the Analysis of a Series of in-situ Nuclear Forward Scattering Experiments. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 847, 111-116 (2017).
  29. Miglierini, M., Grenèche, J. -M. Mössbauer Spectrometry of Fe(Cu)MB-Type Nanocrystalline Alloys: I. The Fitting Model for the Mössbauer Spectra. J. Phys.: Condens. Matter. 9 (10), 2303-2319 (1997).
  30. Mülhaupt, G., Rüffer, R. Properties of synchrotron radiation. Hyperfine Int. 123 (1-8), 13-30 (1999).
  31. Rüffer, R. Nuclear resonance scattering. C. R. Physique. 9 (5-6), 595-607 (2008).
  32. Seto, M. Condensed matter physics using nuclear resonant scattering. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021016 (2013).
  33. Machala, L., Procházka, V., Miglierini, M., Sharma, V. K., Marušák, Z., Wille, H. -C. h, Zbořil, R. Direct Evidence of Fe(V) and Fe(IV) Intermediates during Reduction of Fe(VI) to Fe(III): A Nuclear Forward Scattering of Synchrotron Radiation Approach. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (34), 21787-21790 (2015).

Tags

Mühendisliği sayı: 136 Mössbauer spektrometresi öne saçılma sinkrotron radyasyon metalik gözlük yapısal dönüşüm kristalizasyon hyperfine etkileşimleri nükleer
<em>Ex Situ</em> ve yapısal dönüşümleri <em>in Situ</em> soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Miglierini, M. B., Procházka,… More

Miglierini, M. B., Procházka, V., Vrba, V., Švec, P., Janičkovič, D., Matúš, P. Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses. J. Vis. Exp. (136), e57657, doi:10.3791/57657 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter