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 og In Situ undersøkelser av strukturelle transformasjoner: tilfelle av krystallisering av metallisk briller

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

Her presenterer vi en protokoll for å beskrive ex situ og i situ undersøkelser av strukturelle transformasjoner i metallisk glass. Vi ansatt kjernefysiske-baserte analytiske metoder som Inspiser hyperfine vekselsvirkningene. Viser vi anvendelse av Mössbauer massespektrometri og kjernefysiske videre spredning av synchrotron stråling under temperatur-drevet eksperimenter.

Abstract

Vi viser bruk av to kjernefysiske-baserte analytiske metoder som kan følge endringene for microstructural arrangement jern-baserte metallisk briller (MGs). Til tross for deres amorfe natur presenterer identifikasjonen av hyperfine vekselsvirkningene svak strukturelle endringer. For dette formålet, som vi har brukt to teknikker som utnytter kjernefysiske resonans blant kjernefysiske nivåer av en stabil 57Fe isotop, nemlig Mössbauer massespektrometri og kjernefysiske videre spredning (NFS) av synchrotron stråling. Virkningene av varmebehandling på (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 MG drøftes med resultatene av ex situ og i situ eksperimenter, henholdsvis. Begge metodene er følsom for hyperfine vekselsvirkningene, er informasjon på strukturelle arrangement og magnetiske mikrostruktur lett tilgjengelig. Mössbauer massespektrometri utført ex situ beskriver hvordan strukturelle plasseringen og magnetiske mikrostruktur vises ved romtemperatur etter annealing under visse betingelser (temperatur, tid), og dermed denne teknikken inspiserer jevn stater. På den annen side, NFS data er registrert i situ under dynamisk skiftende temperatur og NFS undersøker forbigående stater. Bruk av begge teknikkene gir utfyllende informasjon. Generelt, kan de brukes egnet systemer der det er viktig å kjenne sine steady state, men også forbigående stater.

Introduction

Jern-baserte MGs utarbeidet av rask slukke en smelte representerer industrielt attraktive materialer med mange praktiske anvendelser1. Spesielt siden deres magnetiske egenskaper er ofte bedre enn konvensjonelle (poly) krystallinsk legeringer2,3. Bedre nytte av deres fordelaktig parametere, bør sitt svar på høye temperaturer være kjent. Med økende temperatur, amorf strukturen slapper og endelig krystallisering starter. I enkelte typer MGs, dette kan føre til forverring av deres magnetiske parametere og dermed dårligere ytelse. Det er imidlertid flere familier av jern-baserte MGs med spesielle komposisjoner4,5,6,7 der den nyopprettede krystallinske korn er veldig fin, vanligvis under ca 30 nm i størrelse. Nanokrystaller stabilisere strukturen og dermed bevare akseptabel magnetiske parametere over en bred temperatur omfang8,9. Dette er de såkalte nanocrystalline legeringer (NCA).

Langsiktig ytelse pålitelighet MGs, spesielt under høye temperaturer og/eller tøffe forhold (ioniserende stråling, korrosjon, etc.) krever grundig kjennskap til deres atferd og personlige fysisk parameterene. Fordi MGs amorfe, er utvalg av analytiske teknikker som passer for deres karakteristikk ganske begrenset. For eksempel gir Diffraksjon metoder bred og særpreg refleksjoner som kan brukes bare for verifisering av amorphicity.

Det er bemerkelsesverdig at flere vanligvis indirekte metoder finnes som gir rask og ikke-destruktiv karakteristikk av MGs (f.eks, magnetostrictive delay linje sensing prinsippet). Denne metoden gir rask karakterisering av strukturelle og stress inkludert tilstedeværelse av inhomogeneities. Det var advantageously brukes til rask og ikke-destruktiv karakterisering langs hele lengden på MG bånd10,11.

Mer detaljert innblikk i uordnede strukturelle ordningen kan oppnås via hyperfine vekselsvirkningene det varsomt gjenspeiler lokale atomic ordningen av resonans atomene. Videre kan variasjoner topologisk og kjemiske kort rekkevidde for bli avdekket. I denne forbindelse, metodene som kjernefysiske magnetisk resonans (NRM) massespektrometri og/eller Mössbauer massespektrometri, begge utført på 57Fe kjerner, anses som12,13. Mens tidligere metoden gir respons utelukkende magnetiske dipol hyperfine vekselsvirkningene, er sistnevnte følsom også for elektrisk quadrupole vekselsvirkningene. Dermed gjør Mössbauer massespektrometri samtidig tilgjengelig informasjon strukturelle arrangement og magnetiske stater resonans jern kjerner14.

Likevel, for å oppnå rimelig statistikk, kjøp av et Mössbauer spekter vanligvis tar flere timer. Denne begrensningen bør vurderes spesielt når temperaturen-avhengige eksperimenter er forutsett. Høy temperatur som brukes under eksperimentet forårsaker strukturelle endringer i undersøkte MGs15. Dermed gir bare ex situ eksperimenter utført ved romtemperatur på prøver som ble først herdet visse temperatur og deretter returnert til omgivelsene pålitelige resultater.

Utviklingen av MG strukturer under varmebehandling er rutinemessig undersøkt av analytiske teknikker som muliggjør rask datainnsamling som for eksempel røntgen Diffraksjon synchrotron stråling (DSR), differensial skanning calorimetry (DSC), eller magnetiske målinger. I situ eksperimenter er mulig, gjelder innhentet informasjon strukturelle (DSR, DSC) eller magnetisk (magnetiske data) funksjoner. Imidlertid DSC (og magnetiske målinger) er identifikasjon av typen (nano) korn som dukker oppstår i krystallisering ikke mulig. På den annen side, angir DSR data ikke magnetiske statene undersøkte systemet. En løsning på denne situasjonen er en teknikk som gjør bruk av hyperfine vekselsvirkningene: NFS synchrotron stråling16. Den tilhører en gruppe av metoder som utnytter kjernefysiske resonans spredning prosesser17. På grunn av ekstremt høy glans av stråling innhentet fra tredje generasjon av synchrotrons, temperatur NFS ble eksperimenter under i situ forhold mulig18,19,20,21 ,22,23.

Både Mössbauer massespektrometri og NFS er underlagt de samme fysiske prinsippene knyttet til kjernefysiske resonans blant energi nivåer av 57Fe kjerner. Likevel mens tidligere skanninger hyperfine vekselsvirkningene i energi domenet gir sistnevnte interferograms i tiden domenet. Dette er resultatene fra begge metodene tilsvarende og utfyllende. For å evaluere NFS data, må en rimelig fysisk modell opprettes. Dette utfordrende oppgave kan oppnås ved hjelp av Mössbauer massespektrometri som gir det første anslaget. Komplementaritet mellom disse to metodene betyr at i situ NFS inspiserer forbigående stater og Mössbauer massespektrometri gjenspeiler stabil USA, nemlig innledende og/eller endelige tilstand en regning studerte ex situ.

Denne artikkelen beskriver i detalj valgt programmer av disse to mindre vanlige metoder for kjernefysisk resonanser: her, vi bruker dem til etterforskningen av strukturelle endringer som oppstår i en (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1 B14 MG utsatt for varmebehandling. Vi håper at denne artikkelen tiltrekker interessen av å bruke disse teknikkene for etterforskningen av lignende fenomener og til slutt med ulike materialer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. utarbeidelse av en MG

Merk: For å demonstrere en rekke diagnostiske evner NFS i kombinasjon med Mössbauer massespektrometri, en passende MG komposisjon ble utviklet, nemlig (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15 (at.%). Dette systemet viser magnetiske overgangen fra den ferromagnetisk spinn tilstand under utbruddet av krystallisering. Videre crystallites som dukker opp i første krystallisering trinn danner Blindkopi-Fe, Co fase. Fordi kobolt erstatter jern i noen atomic posisjoner av Blindkopi gitteret, oppstå avvik i de respektive hyperfine vekselsvirkningene.

  1. Utarbeidelse av smelte
    Merk: Mössbauer massespektrometri og NFS skanne til lokale atomic arrangementer via hyperfine vekselsvirkningene av 57Fe kjerner som finnes i de undersøkte prøvene. Naturlige overflod av denne stabile Nuklide blant alle Fe isotoper er imidlertid bare 2.19%. Du kan redusere anskaffet i situ NFS eksperimenter, økes relativ innholdet i 57Fe isotopen med 50%.
    1. Ta en kvarts glass smeltedigel (sylindrisk form med en diameter på 15 mm), dekker indre veggene med boron nitride å unngå mulig smitte av innholdet Si fra veggene og sette 0.4050 g høyanriket 57Fe (~ 95%) og 0.5267 g av standard elektrolytisk ren jern (renhet 99.95%) til denne smeltedigel. Den totale massen blandingen er 0.9317 g og sikrer isotopanrikning anriking av ca. 50% 57Fe.
      Merk: På grunn av den høye prisen på stabil 57Fe isotopen, optimalisere beløpet til lavest mulig massen. Ca 500 mg av 57Fe bør være nok til å sikre den totale vekten av smelte ca 1,5 g. Dette er lav teknologiske grensen av forberedelser utstyr.
    2. Legge til 0.3245 g elektrolytisk Co (99.85%), 0.0184g Cu (99.8%), 0.2222 g Mo (99.95%) og 0.0470 g av krystallinsk B (99.95%) i samme kvarts glass smeltedigel. Den totale massen blandingen er 1.5438 g tiltenkte sammensetningen av pulver er (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15.
    3. Smelte innhentet blanding av standard elektrolytisk materialer av induktiv oppvarming i en kvarts glass smeltedigel under beskyttende Argon (4N8) atmosfære å unngå oksidasjon, og bruke en radiofrekvens 90 – 120 kHz.
      Merk: Feltet radio frekvens sikrer blanding av de enkelte komponentene i smeltedigel. Deres blander provenyet ytterligere ved hjelp av eddy strøm når en smelte dannes. Gi nok tid til å smelte pulver blanding og danne en væske. Visuell inspeksjon er tilstrekkelig, det er ikke nødvendig å måle temperaturen på den resulterende væsken.
    4. Fjern fått liten ingot fra smeltedigel. Visuelt kontrollere forekomsten av ethvert spor av slagg flekker på overflaten. Hvis den finnes, kan du fjerne dem ved mekaniske polering.
  2. Utarbeidelse av bånd-formet prøven
    1. Bruke et apparat for planar flyt avstøpning. Et eksempel av en slik enhet er vist i figur 1.
      Merk: Smelte inne en kvarts røret er utvist av Ar flyten på slukke hjul som roterer i luften. Det er ikke behov for spesielle atmosfæriske forhold som slukke hjulet er operert (f.eks, vakuum eller inert gass miljø) for denne sammensetningen av smelte.
    2. På grunn av liten vekt på ingot (~1.5 g), kan du velge en kvarts rør med munnstykke som har en rund orifice 0,8 mm i diameter. Sett ingot inne og smelte den bruker induktiv oppvarming. Holde temperaturen på smelte på 1280-1295 ° C.
    3. Justere overflaten hastigheten av kjøling hjulet 40 m/s.
    4. Felles smelte på roterende slukke hjul under omgivelsesforhold, dvs. i luften.
      Merk: Resulterende båndet er ca 1,5-2 mm bred, 25-27 µm tykk og 5 m lang. Siden luften av båndet, som ble eksponert under produksjonen til omkringliggende luften atmosfæren, er optisk skinnende (glanset) mens motsatt hjulet side, som var i direkte kontakt med slukke hjulet, er mat (kjedelig). Disse subtile båndet egenskapene skyldes lav masse smelte. Dermed er det viktig å kontrollere den endelige kjemiske sammensetningen av produsert som slukket båndet på grunn av lav input massene av hvert element.
  3. Verifisering av den endelige kjemiske sammensetningen av båndet
    1. Forbered flere (opptil fem) korte stykker av båndet, hver har en masse på omtrent 0,70 mg. valgte dem fra ulike deler av produsert bånd langs lengden.
    2. Oppløse hver eneste del av båndet i 1 mL av konsentrert (67%) HNO3 acid og fylles med vann å nå 50 mL totalvolum av løsningen.
    3. Bestemme innholdet av Mo og B optisk utslipp massespektrometri med Induktivt kombinert plasma (OES-ICP). Bruk metoden for eksterne kalibrering som i hele håndboken. Ta opp signaler på følgende bølgelengdene: Mo på 203.844 nm og 204.598 nm og B 249.773 nm.
    4. Bestemme innholdet av Fe, Co, og Cu flamme atomic absorpsjon massespektrometri (F-AAS). Bruk metoden for eksterne kalibrering som i instrumentets håndboken og velger disse bølgelengder: Fe på 248.3 nm, Co på 240.7 nm og Cu på 324.7 nm.
  4. Strukturelle karakteristikk av produsert bånd
    1. Sjekk amorfe natur produsert bånd ved å utføre X-ray Diffraksjon (XRD) i Bragg-Brentano geometri; bruke Cu anoden med en bølgelengde på 0.154056 nm, post Diffraksjon mønsteret fra 20-100° på 2Θ med en kantete trinn 0,05 ° og oppkjøp tid 20 s ett poeng.
      Merk: XRD diffractogram av en amorf prøve er preget av bred refleksjon topper som vist i figur 2. Ingen smale linjer som indikerer tilstedeværelse av crystallites som skal vises.
    2. Forberede små biter av produsert bånd med totale masse ca 3-5 mg og plassere dem i en grafitt smeltedigel av en DSC-utstyr.
      Merk: Små biter av ca 2 mm i lengde kan være avskåret fra båndet av saksen.
    3. Utføre DSC eksperimentet med en temperatur rampe på 10 K/min i et temperaturområde på 50-700 ° C under Ar atmosfære.
    4. Bestemme temperaturen på utbruddet av krystallisering Tx1, som er tatt på kink av mest markert toppen på DSC kurven.
      Merk: Temperaturen på utbruddet av krystallisering Tx1 vises i Figur 3 med en pil.
    5. Valgte fem temperaturer på annealing som dekker begge pre krystallisering krystallisering regionene og på DSC for ytterligere ex situ avspenning.
      Merk: I vårt tilfelle, passende temperatur er 370, 410, 450, 510 og 550 ° C som vist i Figur 3.
  5. Ex situ annealing
    1. Forberede fem grupper av ~ 7 cm lange biter (den totale lengden) av båndet som slukket. Individuelle bånd bør være minst 1 cm lang.
    2. Ex situ annealing, bruke en ovn (Figur 4). Definer mål temperaturen og vente 15 minutter for sin stabilisering.
      Merk: Ovn design sikrer minimal utbruddet ganger for isotermiske avspenning. Dette ovn består av to deler: øvre og nedre runde massive nikkelbelagt kobber blokker som opptre som en temperatur homogenizer. Kanthal A strimler varme opp blokker med høy dynamikk av temperaturregulering og stabilisering. Destinasjon temperaturen er bestemt i trinn 1.4.5.
    3. Sett biter av båndet i sonen evakuert og termisk stabilisert. Dette åpner en 7-10 mm avstand mellom de to blokkene og skyv bånd direkte på midten av sonen oppvarmet.
    4. Lukke gapet umiddelbart. På denne måten oppnår temperaturen på prøven ovn temperaturen i mindre enn 5 s i en 0.1 K forskjell.
    5. Utføre annealing på 370, 410, 450, 510 og 550 ° C i 30 min under vakuum til overflaten idrettsutøvere.
    6. Etter annealing, fjerne oppvarmet bånd og plassere dem på en kald underlaget i vakuum systemet. Dette sikrer rask nedkjøling av prøvene til romtemperatur.
      Merk: Termisk behandling som slukket bånd induserer strukturelle endringer som til slutt fører til krystallisering av opprinnelig amorfe materialet.

2. metoder for etterforskning

  1. Mössbauer massespektrometri
    Merk: Bruk av jern beriket til ca 50% i 57Fe for produksjon av studerte MG sikrer tilstrekkelig kort oppkjøpet ganger for i situ NFS eksperimenter. På den annen side, er effektiv tykkelsen på bånd betydelig økt. Dette utgjør problemer knyttet til ekstremt høy utvidelse av absorpsjon Mössbauer spectral linjene i en vanlig overføring geometri eksperiment. Det er derfor overflaten følsom teknikker for Mössbauer massespektrometri bør vurderes. Nemlig, konvertering elektron Mössbauer massespektrometri (CEMS) og konvertering X-ray Mössbauer massespektrometri (CXMS) kan brukes. Mens CEMS skanner undergrunnen regioner til dybden av ca 200 nm, CXMS gir informasjon fra dypere områder som strekker seg ned til om 5-10 µm.
    1. Forberede prøvene for CEMS/CXMS eksperimenter; bruker 6-8 biter av ~ 1 cm lange bånd for en prøve.
    2. Knytte bånd side-ved-side til en aluminium holder til en kompakt område på om lag 1 x 1 cm2; bruke teip over endene av bånd; alle bånd må plasseres med sine luft sider oppover.
      Merk: Kontroller at det er en elektrisk kontakt mellom bånd og holder og at den sentrale delen av prøven (ca 8 x 10 mm2) er rent fra enhver overflaten forurensning, f.eksrestene av teip.
    3. Aluminium holderen med prøven inn CEMS/CXMS detektoren.
    4. Før måling, grundig vask indre detektor volumet med en strøm av gjenkjenning gassen å utvise alle gjenværende luft. Gir 10-15 minutter å fullføre denne prosedyren.
    5. Justere gasstrømmen gjennom ved spindelen til 3 mL/min.
    6. Koble en høy spenning til detektoren: en typisk verdi er ca 1,2 kV for CEMS og ca 200 V høyere for CXMS.
    7. Post i CEMS og CXMS Mössbauer spectra med en konstant akselerasjon spectrometer utstyrt med en 57Co/Rh radioaktivt kilde. Operere på spectrometer med en gass detektoren ved romtemperatur i henhold til veiledningen.
    8. Oppnå påvisning av konvertering elektroner og røntgenbilder av en gass detektoren fylt med han + lm4 og Ar + lm4 gass-blanding, henholdsvis. Oppbevare beløpet av CH4 til 10% i begge tilfeller.
    9. Gjenta trinn 2.1.2 å 2.1.8 for siden hjulet undersøkte bånd.
    10. Utføre hastighet kalibrering14 av apparatet ved hjelp av en tynn (12.5 µm) α-Fe folie.
    11. Evaluere til CEMS/CXMS spectra; sitere den fått isomer Skift verdier når det gjelder et romtemperatur Mössbauer spekter av kalibrering α-Fe folien.
      Merk: Til innhentet Mössbauer spectra kan bli vurdert av noen passende passende koden, for eksempel med Confit programvare24.
  2. NFS
    1. Oppnå NFS eksperimenter ved hjelp av en passende kjernefysiske resonans beamline på en synchrotron. Et mulig alternativ: ID 18 på europeiske Synchrotron stråling anlegg (ESRF) i Grenoble i Frankrike. 25
    2. Tune energien i Foton strålen til 14.413 keV med en båndbredde på ~ 1 meV.
    3. Plass en omtrent 6 mm lang remse av undersøkte MG i et vakuum ovn.
    4. Registrere NFS tid-domenet mønstre under kontinuerlig oppvarming av prøven til en temperatur på opp til 700 ° C med en rampe til 10 K/min. Bruk 1-min tid intervaller for oppkjøpet av eksperimentelle data under det hele i situ annealing prosessen.
      Merk: Overføring geometrien av NFS eksperimentet sikrer at informasjonen på hyperfine vekselsvirkningene hentes fra prøvens bulk.
    5. Evaluere NFS eksperimentelle data benytter en egnet programvare (f.eks, www.nrixs.com).
      Merk: Under ett i situ eksperiment, vanligvis opptil 100 NFS gang-domene mønstre registreres. Under deres evaluering av CONUSS programvare pakke26,27, kan du vurdere bruk av en spesiell gratis programvare kalt Hubert som kan vurdere slike enorme data antallene i en semi-automatisk modus28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Det XRD mønsteret i figur 2 viser bred særpreg Diffraksjon topper. De observerte refleksjoner vise at produsert båndet (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 MG er XRD amorfe.

På grunn av sin følsomhet har XRD noen begrensninger i avsløring overflaten krystallisering. Tilstedeværelsen av crystallites pålydende mindre enn 2-3% av MG er ikke kritisk. Dermed brukes begrepet 'XRD amorfe'.

DSC i Figur 3 første Reduksjonen skyldes strukturelle avslapning av som-slukket MG, som finner sted under varmebehandling ved moderate temperaturer på opp til ~ 400 ° C. Følgende uttales nedgangen av DSC tilsvarer første trinn i krystallisering. Temperaturen i krystallisering utbruddet er rundt 400 ° C med rampen på 10 K/min. Valgte temperaturen på annealing er angitt med solid sirkler.

Veldefinerte posisjoner resonans jern atomer i et krystallinsk gitter, som viser langtrekkende Bestill oversettelse symmetri over flere gitter konstanter, gi smale spectral linjer i de tilsvarende Mössbauer spectra. De har diskrete verdier av spectral parametere som er unike for individuelle strukturelle ordninger, og på denne måten de fungerer som fingeravtrykk for identifikasjon av ulike krystallinsk faser.

På den annen side, ikke tilsvarende atomic posisjoner i uordnede amorfe materialer årsak utvide spectral linjer. Dermed viser de tilknyttede spectral parameterne distribusjoner av deres respektive verdier. Distribusjoner av hyperfine spectral parametere gir informasjon om kort rekkevidde bestillingen, dvs. lokale atomic ordningen av resonans atomene. Følgelig Mössbauer massespektrometri tillater direkte identifikasjon av typen strukturell arrangement, spesielt krystallinsk (CR) versus amorfe (AM) som vist i figur 5.

Både smal og bred spectral linjer forekommer i Mössbauer spektra av NCA som hentes fra MGs av varmebehandling. Videre kan av hyperfine vekselsvirkningene inkludert quadrupole deling (Δ) av en doublet og hyperfine magnetiske felt (B) av en Sekstett skille mellom ikke-magnetisk og magnetiske prøver, henholdsvis. Ved amorfe prøver hentes den tilhørende distribusjonen P(Δ) og P(B).

Generelt kan amorfe regioner i de undersøkte prøvene spinn eller magnetiske opprinnelse. De er modellert av distribusjoner av magnetfelt for hyperfine P(B) og distribusjoner av quadrupole dele P(Δ), henholdsvis. I vårt tilfelle, som slukket (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 MG er magnetisk, men spinn regioner utvikle seg inne magnetiske matrix etter moderat varmebehandling (til utbruddet av krystallisering).

Etter utbruddet av krystallisering, nylig dannet nanocrystallites dukke opp i gjenværende amorfe matrisen. Sistnevnte viser de samme funksjonene som i som-slukket staten, dvs. tilstedeværelsen av magnetiske og ikke-magnetisk. I tillegg opprørt atomer som ligger på overflater av nanograins utstillingen symmetri. På en side og oppleve de skjønneste orden av en krystallinsk gitter; fra den andre siden er de i kontakt med uordnede amorfe matrix. Derfor danner disse atomer en slags grensesnittet mellom amorfe resten og crystallites. Dermed var de modellert av en ekstra fordeling av hyperfine magnetfelt P(B) fordi denne komponenten er svært magnetiske29.

Den næringsdrivende passende programvare24 konstruerer distribusjonene som en convolution avgjørende Sekstett eller doublet Lorentzian linjer (med en Mössbauer linjebredde 0,195 mm/s) med bruk. Vi har brukt inntil tre bruk å ta hensyn til den observerte asymmetri av til spectra. Isomer SKIFT, hyperfine magnetfelt, eller quadrupole dele samt området bestemme Sekstett eller doublet var montert parametere. Linje intensiteter av 2nd og 5th linjene i sextets ble utstyrt, og linje intensitet forholdet mellom linjene (1+6):(3+4) var festet til 3:1. Bredden (standardavvik) på den personlige Gauss-distribusjonen var utstyrt.

I alle Mössbauer spectra, tilstedeværelse av bare det magnetisk delt krystallinsk komponenter ble observert. De var utstyrt med individuelle sextets Lorentzian linjer. Parameterne utstyrt inkludert isomer SKIFT, hyperfine magnetfelt, linjetykkelse, intensiteten av de 2nd og 5th linjene, og området av komponenten. Linje intensitet forholdet mellom linjene (1+6):(3+4) var festet til 3:1.

I noen spectra, ble så mange som seks individuelle sextets brukt. Her ble to sextets tildelt magnetiske oksider. Opptil fire sextets har vi brukt til å representere den nyopprettede nanograins i glødet utvalgene. Den tilsvarende krystallinske fasen er at Blindkopi-Fe, Co som Co erstatter Fe på noen gitteret-områder. Tatt i betraktning den binomiske fordelingen av mest sannsynlig antall Co nærmeste naboer, opptil fire sextets ble brukt til å modellere denne situasjonen også avhengig av totale krystallinsk innholdet i de enkelte glødet prøvene.

CEMS spectra tatt fra nær overflaten regioner (til dybden av ca 200 nm) gjenspeiler den strukturelle ordningen som ble indusert ved en 30 minutters annealing på valgte temperaturen. CEMS spectra tatt fra luften og hjulet sidene bånd ved romtemperatur er vist i figur 6.

CXMS spectra som illustrerer strukturelle arrangement av undersøkte MG i dypere undergrunnen regioner (ned til ca 5-10 µm) er vist i figur 7.

Relativ områder spectral komponenter tilsvarer krystallinsk faser tegnes som en funksjon av avspenning temperaturen i Figur 8 som stammer fra begge metodene.

Vel utmerket smale Mössbauer linjer i figur 6 og figur 7 angir dannelsen av Blindkopi-Fe, Co krystallinsk korn som vises etter annealing på 410 ° C. Med økende temperatur av avspenning, øker deres gradvis som vist i Figur 8. De er identifisert i nær overflaten lag av CEMS også i dypere områder av CXMS.

Spor av smale Mössbauer linjer er avslørt også etter lav temperatur avspenning og selv i som-slukket staten, nemlig ved rattet side (se figur 6b og figur 7b). De tilhører Fe oksider av korrosjon produkter. I løpet av produksjonsprosessen, er litt fuktig luft fanget mellom smelte og slukke hjulet. Fuktigheten umiddelbart fordamper og danner luftlommer innsiden som korrosjon kan startes. Mössbauer signalet fra denne komponenten er svært svak etter annealing ved høyere temperaturer det overlapper med nye Blindkopi-Fe, Co nanokrystaller. Det er bemerkelsesverdig at identifikasjon av korrosjon produktene ble aktivert hovedsakelig på grunn av høyt innhold av 57Fe i prøvene. Bør en naturlig jern brukes for produksjonen, spectral komponenten ville ikke ble funnet. I denne forbindelse er Mössbauer massespektrometri mer følsom for identifikasjon av jern krystallinsk faser enn for eksempel XRD.

Det bør bemerkes at smale Mössbauer linjer, som indikerer en tilstedeværelse av nanocrystallites, er også utmerket etter annealing på 410 ° C. Likevel er spor av disse linjene avslørt også etter annealing ved 370 ° C, som er lavere temperatur enn Tx1 foreslått av DSC. De er mer uttalt på luften side der slukke forholdene ikke er så effektiv som på hjulet side. Dermed har krystallisering startet på denne overflaten bånd.

Mössbauer spectra Blindkopi-Fe, Co krystallinsk fasen ble evaluert med fire smale sextets merket som Co0, Co1, Co2 og Co3. De representerer Fe posisjoner med null, ett, to og tre Co nærmeste naboer, tilsvarende. Innhentet hyperfine magnetiske felt er vist i figur 9. Med økende antall Co atomer, øke hyperfine magnetiske felt på Fe nettsteder. De var gjennomsnitt over alle annealing temperaturer for individuelle metoder, som er, CEMS og CXMS på begge sider av bånd. Til slutt, gjennomsnittet av de fire delverdier ble oppnådd. De resulterende hyperfine magnetiske feltene tegnes i figur 9a.

Utviklingen av hyperfine magnetisk felt som samsvarer med et annet antall Co nærmeste naboer, tegnes i figur 9b mot annealing temperaturen. De er spredt rundt gjennomsnittsverdiene tatt fra figur 9a. Kjente avvik observeres for Co0 og Co2 ved lave annealing temperaturer. Det er bemerkelsesverdig at komponenten Co2 har dukket opp selv etter annealing på 370 ° C. Dette indikerer at Blindkopi-Fe, Co nanokrystaller starte vokse allerede ved denne temperaturen. De tilknyttede hyperfine magnetiske feltene avvike fra gjennomsnittet hovedsakelig på grunn av størrelse effektene av nydannede korn. Spectral komponenten ble identifisert som eneste på grunn av sin høyeste sannsynlighet i binomisk fordeling.

Etter annealing 410 ° c, krystallisering på overflaten av båndet er godt dokumentert (se også Figur 8). Tilsvarende spectral komponentene utstilling stabil hyperfine magnetiske felt unntatt én - Co0. Fe posisjoner med null Co nærmeste naboer bare begynner å vises fordi deres sannsynligheten er relativt lav (sannsynligheten for Co0 er 0.09 mens det CO2 er 0.31). Deres hyperfine magnetfelt verdier påvirkes derfor også.

Ex situ Mössbauer massespektrometri er en egnet metode for å identifisere typen krystallinske arbeidsflytfasen(e) produsert av varmebehandling av en som slukket MG. Videre, fordi det sonder hyperfine vekselsvirkningene det kan skille blant gitter nettsteder med et annet antall substitusjon atomer.

Kjernefysisk resonans spredning kan gjøres effektivt med synchrotron stråling med ekstremt høy glans og tunable energi30. Valg av riktig energien som passer med separasjon av kjernefysiske i 57Fe kan involvering av NFS for mange eksperimentelle studier i materialer forskning31. Faktisk, kan denne teknikken bli vurdert analoge Mössbauer massespektrometri32.

Pulser av synchrotron stråling med typiske varighet ~ 50 ps gi fotoner med en båndbredde på flere meV. Fordi hyperfine vekselsvirkningene på flere neV, interesserer slik en puls samtidig alle mulige overganger mellom de kjernefysiske nivåene. Påfølgende deexcitation fotoner er sammenhengende og forstyrre hverandre. I kontrast i konvensjonelle Mössbauer massespektrometri aktiveres både eksitasjon og deexcitation sekvensielt når unike energien i Foto befridd fra en radioaktiv kilde modulert via Dopplereffekten til forespurte energi. Forstyrrelser av fotoner trekkes skjematisk i Figur 10.

NFS gang-domene mønstre representerer tomter antall fotoner fra eksemplet som en funksjon av gangen forsinket. Sistnevnte er en tid som har gått fra magnetisering av kjernefysiske nivåer med en synchrotron-stråling puls til oppdagelsen av dette "forsinket' fotoner.

Avhengig av temperaturen på måling, kan tre separate temperatur regioner skilles. Vi har derfor ansatt tre montering modeller som tar i betraktning temperatur utviklingen av hyperfine vekselsvirkningene og tilhørende strukturelle transformasjoner i regionene individuell temperatur.

I første regionen som omfatter lave temperaturer opp til Curie poenget, undersøkte MG er amorfe og utstillinger magnetiske interaksjoner. Den tilsvarende fysisk modellen besto av to distribusjoner av hyperfine magnetfelt. De ble tildelt to typer kort rekkevidde rekkefølge (SRO) ordninger som representerer amorfe regioner med ganske høy (~ 22 T) og lav (~ 8 T) gjennomsnittlig hyperfine magnetfelt (ved romtemperatur). Verdiene i de gjennomsnittlige hyperfine magnetiske feltene tilsvarer både distribusjoner var utstyrt. Relative bidrag av begge komponentene ble montert bare i NFS tid-domenet mønsteret, som ble spilt inn ved romtemperatur. For å øke temperaturen i situ -eksperimenter, ble deres relative forholdet holdt fast.

I andre, dvs, middels temperatur regionen mellom Curie punktet og utbruddet av første krystallisering er undersøkte MG fortsatt amorfe men allerede spinn. Den resulterende strukturen er modellert av en enkelt fordeling av quadrupole deling. Dermed ble bare gjennomsnittlig verdien montert.

Etter utbruddet av første krystallisering, dvs. i regionen høy temperatur, dannelsen av Blindkopi-Fe begynner Co nanograins. De er innebygd i en gjentagende amorfe matrisen som spinn på grunn av stor temperaturen av eksperimentet. Følgelig, den tredje passer modellen besto av en fordeling av quadrupole deling som var den samme som i forrige sak. Tilstedeværelsen av nanograins var regnskapsføres etter fire magnetiske tilleggskomponentene med unike verdier av hyperfine magnetfelt (dvs.ikke distribueres). Relativ fraksjoner var avledet fra en binomial fordeling av Co nærmeste naboer tilsvarende som i tilfelle av konvensjonelle Mössbauer massespektrometri. Bidraget fra andre crystallites ble ikke funnet i meste av prøven, og dvs hvorfor ingen magnetisk tilleggskomponenter var nødvendig. Parameterne utstyrt inkludert relative bidrag nanocrystalline fase og amorfe gjenværende matrise, gjennomsnittlig quadrupole deling av den siste fasen og fire verdier av hyperfine magnetfelt tilordnet enkelt krystallografisk nettsteder. Innhentet temperatur videreutviklinger av parameterne montert presenteres separat tallene nedenfor for alle tre regioner.

Før vurdere eksperimentelle data, ble fem tilstøtende poeng summert for å øke telt intensiteten og dermed forbedre signal-til-støy-forhold. Vurderer at tiden oppløsningen av brukte skred Foto diode detektor er høyere enn 0,1 ns, slik data behandling forårsaket reduksjon detektorens oppløsning til ca 0,5 ns, som fortsatt tilfredsstillende for fastsettelse av hyperfine parametere. I tillegg utstillinger brukes detektoren ubetydelig bakgrunn teller hastighet i forhold til NFS signalet. Følgelig ble parameteren bakgrunn holdt på null under evalueringsprosessen.

NFS forsøkene ble utført under kontinuerlig økning av temperatur som var stigende med en rate på 10 K/min. Oppkjøpet av dataene var også kontinuerlig, og NFS gang-domene mønstrene ble lagret på slutten av hvert minutt. Under et eksperiment, ble flere titalls NFS gang-domene enkeltposter samlet. På denne måten kan en fremgang på strukturelle transformasjoner som finner sted i hele mesteparten av undersøkte MG fulgt i situ med hensyn til tid og/eller temperatur.

Eksempler på enkelte NFS gang-domene mønstre vises i Figur 11 der den eksperimentelle data (full prikker med feil) og teoretisk beregnet kurver (heltrukket linje) er gitt. Sistnevnte ble vurdert bruker forskjellige passende modeller for annen temperatur intervaller som beskrevet ovenfor. Merk at de y-akser er gitt i logaritmisk skala. Dermed, selv små avvik mellom de eksperimentell og teoretisk beregnet kurvene er visuelt forbedret. Likevel, på grunn av ganske lav teller spesielt i lengre forsinket tid regioner, hvor også oppstå forskjeller, deres effekt på de resulterende hyperfine vekselsvirkningene er ubetydelig.

Alle NFS mønstre vises i Figur 12 av kontur tomten. Forsinket tid av resonantly spredt fotoner utgjør abscissa og varme temperaturen under oppkjøpet av NFS data eksperimentet er gitt på y-aksen. Intensiteten av postene er fargekodet i logaritmisk skala.

Åpenbare avvik i figurene NFS poster i Figur 11 og Figur 12 tydelig angi endringer i hyperfine vekselsvirkningene observert ved enkelte temperaturer. Curie temperatur TC tilsvarer overgangen fra ferromagnetisk til spinn arrangement av studerte MG. Det er en overgang fase av andre orden. Fra en strukturell innfallsvinkel, men er systemet fortsatt amorfe.

En dramatisk endring i figurene NFS gang-domene postene i Tx1 relatert til utbruddet av krystallisering når nanocrystallites kommer fra amorfe matrix. Denne borgerlig ledsages av re-utseendet av magnetiske hyperfine vekselsvirkningene. De er etablert blant den nyopprettede Blindkopi-Fe, Co nanograins. Selv med den stigende temperaturen av eksperimentet overlever ferromagnetisk rekkefølgen.

Utviklingen av hyperfine magnetiske felt på nanokrystaller og deres relative beløpet med temperaturen er vist i figur 13a og figur 13b, henholdsvis. Merk at på grunn av høy følsomhet NFS, kan tilstedeværelsen av et annet antall Co atomer som er innlemmet i Blindkopi gitteret som nærmeste naboer Fe atomer skilles via forskjeller i deres hyperfine magnetiske felt. De er merket som Co0 til Co3 i figur 13 og tilsvarer null, ett, to og tre Co nærmeste naboer.

Ganske liten verdier av hyperfine magnetfelt som er observert i figur 13a begynnelsen av krystallisering er på grunn av størrelse effekten utvikling krystallinsk korn. Deres gitter får gradvis sin endelige rekkefølgen bestemmer også de tilsvarende hyperfine magnetiske feltene. Etter å ha nådd temperaturen på ca 500 ° C, sistnevnte er stabilisert og deres verdier styres utelukkende av variasjoner av temperatur. Nesten umerkelig langsom reduksjon av hyperfine magnetiske felt med stigende temperatur av eksperimentet antyder en ganske høy verdi av Curie temperaturen på den nyopprettede krystallinske fasen.

Antall nanokrystaller gradvis øker t > Tx1 som vist i figur 13b. Temperatur utviklingen av individuelle passende komponenter vises også. I dette tilfellet er størrelsen på symboler høyere enn de tilsvarende feil. Det er bemerkelsesverdig at komponentene som Co0 og Co3 ha svært like verdier. Dette er forårsaket av de lave sannsynligheten for null og tre Co nærmeste naboer som stammer fra den tilknyttede binomiske fordelingen.

Temperatur utviklingen av hyperfine magnetisk og quadrupole elektrisk interaksjoner innenfor amorfe matrix er vist i figur 14. I regionen lav temperatur der T < TC, en forventet temperatur drevet nedgang i hyperfine felt av begge evaluering komponentene er observert i finne 14a. Her består passer modell av to distribusjoner av hyperfine magnetfelt.

Hele MG er amorf, om ikke-magnetisk, før utbruddet av krystallisering på Tx1. Etter at nanocrystalline korn dukke, men gjenværende amorfe matrix er fortsatt ikke-magnetisk. Derfor den amorfe delen av legeringen gjengis ved en distribusjon av quadrupole deling og fått gjennomsnittsverdiene plottes i figur 14b mot temperatur. En brå endring i denne parameteren er sett i Tx1. Sistnevnte ble bestemt som et vendepunkt på kurven.

Utviklingen av antall teller (områder) personlige NFS gang-domene mønstre forhold til temperaturen i situ NFS eksperimentet er vist i Figur 15. Den kan brukes for karakterisering av undersøkte systemet selv uten behov for nøyaktig evaluering av de enkelte parametrene. Tre godt anerkjent regioner kan identifiseres. De er skilt med karakteristiske temperaturer TC og Tx1. Merk at på T-C, NFS signalet har nesten forsvunnet.

Første reduksjon av totale teller mot TC gjenspeiler Temperaturreduksjon av hyperfine magnetiske felt i amorfe fase. Derfor kollapser den opprinnelig godt løst Sekstett, som er observert i energi domenet, til slutt på T-C dårlig løst bred linje signalet, dvs. når dipolar magnetiske interaksjoner helt forsvinne. I tid domenet påvirke absorbert og re slippes ut fotoner etter eksitasjon pulsen. Fordi energi og tid domener er koplet via Fourier transformasjon, anses noen konsekvenser. Bred linjer i energi domenet representerer for eksempel raskt råtnende signal i tiden domenet og omvendt. Dermed på T-C er tidssignalet klemt inn svært smale mellomrom like etter eksitasjon pulsen som demonstrert av den øvre mønsteret i figur 11b. Her, relevante eksperimentelle data vises kun under de første 40 ns. Mulig utviklingen av tidssignalet over lengre tid er dokumentert av teoretisk beregnet kurven.

Det bør bemerkes at alle gang-domene mønstrene start bare 20 ns etter eksitasjon pulsen. Dette skyldes ekstremt høyt antall spørsmål og forsinket fotoner som alvorlig skade de brukte detektorer. Dvs hvorfor detektorer er elektronisk gated og ikke registrerer den innkommende fotoner i løpet av de første 20 ns. Likevel etter overgangen til spinn tilstand, kvalitativt nytt hyperfine vekselsvirkningene fremstå som gir ganske smale linjer i energi domenet, og dermed tilsvarende gang-domene signalet henfall saktere. Som et resultat, veletablerte quantum slo mønstre vises som vist ved lavere mønsteret i figur 11b og antall teller i Figur 15 økt dramatisk.

Den påfølgende høsten teller (nemlig etter Tx1) tilskrives hovedsakelig til dannelse av nanocrystallites som er sterkt ferromagnetisk med dipolar magnetiske interaksjoner. Tilsvarende tid-domenet mønstre representeres av mange høyfrekvente beats som, men omfatter et lavere område enn en fortsatt delvis amorfe fase (se Figur 11 c).

Etter å ha nådd målet temperaturen på 700 ° C, NFS eksperimentet fortsatte med tiden bor i 10 min på denne temperaturen og påfølgende kjøling. Registrert tid-domenet mønstre vises i Figur 16 med hensyn til tidspunktet for eksperimentet. I isotermiske-regionen endres formen på NFS gang-domene mønstrene ikke vesentlig. Bare en moderat økning i intensiteten av noen topper er observert. Dette tilskrives utviklingen av krystallinsk korn som vokser med tid. Derfor deres tilsvarende hyperfine vekselsvirkningene stige i intensitet, noe som er tydelig i isotermiske regionen i Figur 16.

Under kjøleanlegget bevege NFS toppene seg mot sine endelige posisjoner som forventes i romtemperatur. Samtidig stige deres intensiteter også på grunn av økning i sannsynligheten av resonans effekten med minkende temperatur. Disse endringene kan sees etter 10th min av eksperimentet i den øvre halvdelen av Figur 16 (dvs., kjøling regionen).

Figure 1
Figur 1: apparater for planar flyt avstøpning. (en) skjematisk diagram og (b) bilde av en virkelig apparat. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: XRD den som slukket (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Bred særpreg refleksjoner viser at båndet XRD amorfe. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: DSC posten den som slukket (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Solid sirkler angir de tiltenkte temperaturene på annealing; temperaturen på utbruddet av krystallisering Tx1 er merket med pilen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: apparater for ex situ varmebehandling som slukket metallisk glass bånd. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: modell Mössbauer spectra. Krystallinsk (CR) materialer utstilling smale Mössbauer linjer (venstre) som gir diskrete verdier av hyperfine vekselsvirkningene (høyre). Amorfe (AM) materialer er preget av bred linjer (midten) og distribusjoner av ikke-magnetisk P(Δ) og magnetiske P(B) hyperfine vekselsvirkningene. Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: CEMS spektra av (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Spectra ble tatt fra (en) luft siden og (b) hjulet side av bånd herdet på den angitte temperaturen (AQ = som slukket). Mössbauer spectral linjene tilsvarer krystallinsk faser tegnes i blått (Blindkopi-Fe, Co) og grønn (Fe oksider). Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: CXMS spektra av (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Spectra ble tatt fra (en) luft siden og (b) hjulet side av bånd herdet på den angitte temperaturen (AQ = som slukket). Mössbauer spectral linjene tilsvarer krystallinsk faser tegnes i blått (Blindkopi-Fe, Co) og grønn (Fe oksider). Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: Relative områder av Mössbauer spectral komponenter plottet mot temperaturen annealing. Komponenter tilsvarer Fe-oxide (sirkler) og bcc-Fe, Co (ruter). De var avledet fra (en) CEMS og (b) CXMS spektra av (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glasset tatt fra luften (full symboler) og hjulet (åpne symboler) sider av bånd ( aq = som slukket). Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9: Hyperfine magnetiske felt av komponenten krystallinsk. Hyperfine magnetiske felt Hentet fra CEMS (røde symboler) og CXMS (blå symboler) spektra av (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass plottet mot (en) antall Co nærmeste naboer i en Blindkopi gitter og (b) temperatur på avspenning. Spectra ble tatt fra luften side (full symboler) og hjul side (åpne symboler). Gjennomsnittlige verdiene i hyperfine er plottet av grønne symboler og stiplede linjer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 10
Figur 10: sammenligning av Mössbauer spectra og NFS gang-domene mønstre. Sekvensiell opptak av kjernefysiske overganger mellom split kjernefysiske nivåer (midten) gir opphav til Mössbauer spectra (venstre) i energi domenet. Under samtidige eksitasjon av en enkelt puls av hendelsen synchrotron stråling, etterfølgende de eksitasjon fotoner av ulike energier blande og gir en NFS gang-domene mønster (høyre). Effekten av ikke-magnetisk og magnetiske hyperfine vekselsvirkningene sammenlignes også. Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 11
Figur 11: Eksempler på valgte NFS gang-domene mønstre (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Eksperimentelle data plottet av full symboler (inkludert feil området) er raffinert av teoretisk beregnet kurver (heltrukket linje). NFS data ble tatt på den angitte temperaturen og omfatter forskjellige temperaturer: (et) under Curie punktet, (b) mellom Curie punktet og utbruddet av krystallisering, og (c) utover utbruddet av krystallisering. Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 12
Figur 12: Kontur tomt NFS gang-domene mønstre (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass tatt under i situ temperatur eksperimentet. Overgangen temperaturer, inkludert Curie punktet (TC) og utbruddet av krystallisering (Tx1) del hele temperaturområdet i tre unike intervaller. Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 13
Figur 13: NFS i situ eksperimentere på (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Parameterne for gang-domene mønstre som tilsvarer den krystallklare fasen plottet mot temperaturen på måling: (en) hyperfine magnetiske felt og (b) relative områder av bestemte atomic webområder i Blindkopi-Fe, Co gitter med 0 , 1, 2 og 3 Co nærmeste naboer Fe atomer. Dette tallet er endret fra [21] med tillatelse fra PCCP eier samfunn. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 14
Figur 14: NFS i situ eksperimentere på (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Hyperfine parametere av gjenværende amorfe matrix plottet mot temperatur måling: (en) gjennomsnittlig hyperfine magnetiske felt og (b) gjennomsnittlig quadrupole deling. Parameterne var raffinert av bestemte passende modeller brukt for annen temperatur regioner. Temperaturen på utbruddet av krystallisering (Tx1) er merket med en pil. Dette tallet er endret fra [23]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 15
Figur 15: NFS i situ eksperimentere på (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass. Totalt areal på NFS gang-domene mønstre plottet mot temperatur måling. Distinguished temperatur overganger er merket med T-C (Curie punkt) og Tx1 (utbruddet av krystallisering) og merket med piler. © 2017 Marcel B. Miglierini og Vít Procházka tilpasset fra ref. [22]; opprinnelig utgitt under CC BY-NC 4.0 lisens. Tilgjengelig fra: DOI: 10.5772/66869. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 16
Figur 16: kontur tomt NFS gang-domene mønstre (Fe2,85Co1)77Mo8Cu1B14 metallisk glass etter temperatur oppvarming. NFS gang-domene mønstre ble spilt inn under en 10-minutters bor etter å ha nådd målet temperaturen på 700 ° C og påfølgende kjøling. Merk y-koordinaten som er tiden av eksperimentet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ex situ Mössbauer effekt eksperimenter beskriver en stabil situasjon som oppstår i undersøkte MG etter anvendt varmebehandling. Hver spektrum var samlet for flere timer ved romtemperatur. Dermed ble utviklingen av opprinnelig amorfe strukturen etterfulgt som en funksjon av avspenning forhold. Fordi Mössbauer massespektrometri er følsom for hyperfine vekselsvirkningene opptre på resonans kjerner, kan svak detaljer strukturelle og/eller magnetiske endringer indusert av høy temperatur bli avduket. Likevel er undersøkt prøvene inspisert under forholdene når påvirkning av midlertidig endrede betingelser (f.eks, temperaturøkningen) er allerede ferdig.

In situ NFS eksperimenter undersøke studerte MG i dynamisk modus under sin eksponering til varierende temperatur. Dette åpner et kvalitativt nytt innblikk i atferden til systemet av interesse, en MG i dette tilfellet. Det er bemerkelsesverdig at NFS dataene er kjøpt innen ett minutt. Dette gjør at sanntid inspeksjon av utviklingen av hyperfine vekselsvirkningene. Dette er nesten umulig med konvensjonelle Mössbauer massespektrometri. Vi må innrømme, men at parameterne innhentet feltuttrykket ett minutts mellomrom der dataene registreres. Mulige variasjoner i de enkelte parametrene under slike et kort tidsrom kan likevel anses ubetydelig.

Både Mössbauer massespektrometri og NFS sonde lokale nabolag Fe resonans atomer via hyperfine vekselsvirkningene. Derfor er om strukturelle arrangement og magnetiske mikrostruktur samtidig tilgjengelig. Dette er spesielt viktig når komplekse systemer som NCA er undersøkt. Som vi har vist, er det mulig ikke bare å følge magnetiske overgang fra ferromagnetisk til spinn ordningen men også påfølgende borgerlig, dvs, krystallisering. Dannelsen av nanograins kan undersøkes under både jevn og forbigående forhold. Videre er deres detaljert karakterisering med identifikasjon av personlige gitter nettsteder med varierende antall utenlandske atomer i en Blindkopi struktur også mulig.

Ex situ eksperimenter utført av den konvensjonelle Mossbauer spektroskopi gir informasjon om steady statene materialet inkludert både stabil og metastable. Dette betyr at vi kan undersøke til lokale strukturelle samt magnetiske arrangementer i første (som-slukket) materialet og i det endelige produktet, også. Sistnevnte er innhentet via nanocrystallization av tidligere etter passende varmebehandling men målt på forholdene. Men gir ex situ Mössbauer massespektrometri informasjon i energi domenet. Dermed er fått spectra direkte relatert til staten av undersøkt og enklere for evaluering og tolkning.

På den annen side, er i situ NFS tilnærming egnet for å undersøke forbigående prosesser som oppstår under fase transformeringer. Fordi informasjonen på materialet ordningen er kodet i quantum slag i tiden domenet, er evalueringen av NFS mønstre en utfordrende oppgave. Det kan løses ved riktig bruk av resultatene oppnådd fra ex situ Mössbauer effekt eksperimenter. Dermed kan en kombinasjon av begge metoder inspeksjon av jevn samt forbigående statene undersøkte systemet.

Begge teknikkene er komplementære fra synspunkt av fått resultatene samt forholdene som de ble oppnådd. Innhentet opplevelsen kan effektivt brukes også i studier av andre problemer som er knyttet til strukturelle og/eller magnetiske overganger. Som et typisk eksempel kan eksistensen av mellomliggende faser ulik valence staten jern i robust begrunne reduksjon av Fe(VI) til Fe(III) oksider under temperatur behandling være nevnt33.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av slovakiske forskning og utvikling byrå under kontrakter. APVV-16-0079 og APVV-15-0621, gir VEGA 1/0182/16 og VEGA 2/0082/17, og interne IGA innvilgelse av Palacký University (IGA_PrF_2018_002). Vi er takknemlige for R. Rüffer (ESRF, Grenoble) for hjelp med synchrotron eksperimenter.

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

Engineering problemet 136 Mössbauer massespektrometri kjernefysiske frem spredning synchrotron stråling metallisk briller borgerlig krystallisering hyperfine vekselsvirkningene
<em>Ex-Situ</em> og <em>In Situ</em> undersøkelser av strukturelle transformasjoner: tilfelle av krystallisering av metallisk briller
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