Waiting
Login processing...

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

Engineering

Методы Ex Situ и In Situ исследования структурных преобразований: В случае кристаллизации металлических стекол

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

Здесь мы представляем протокол для описания ex situ и в situ исследования структурных преобразований в металлические очки. Мы использовали ядерных аналитических методов, которые проверяют дескриптивное взаимодействий. Мы демонстрируем применимость мёссбауэровские спектрометрии и ядерных вперед рассеяния синхротронного излучения при температуре driven экспериментов.

Abstract

Мы продемонстрировать использование двух ядерных аналитических методов которые можно следить за изменениями микроструктурных договоренности на основе железа металлических стекол (MGs). Несмотря на их аморфной природы выявление дескриптивное взаимодействий раскрывает слабый структурных изменений. Для этой цели мы использовали два метода, которые используют ядерный резонанс среди ядерных уровней стабильных 57изотопа Fe, а именно мёссбауэровские спектрометрии и вперед ядерного рассеяния (NFS) синхротронного излучения. Эффектов термообработки на пн8Cu1B14 мг (Fe2,85Co1)77обсуждаются с использованием результатов экспериментов ex situ и в местах , соответственно. Поскольку оба метода являются чувствительными к дескриптивное взаимодействий, информация о структурных договоренности, а также на магнитные микроструктуры легко доступны. Мёссбауэровские спектрометрии исполнении ex situ описывает как структурного механизма и магнитные микроструктуры появляется при комнатной температуре после отжига при определенных условиях (температура, время), и таким образом этот метод проверяет устойчивый государства. С другой стороны NFS данные, записанные на месте во время динамического изменения температуры и NFS рассматривает переходных состояний. Использование обоих методов обеспечивает дополнительную информацию. В общем они могут применяться к любой подходящей системы, в которых важно знать ее стабильного состояния, но и переходных состояний.

Introduction

На основе железа MGs, подготовленный быстрым охлаждением расплава представляют промышленно привлекательные материалы с многочисленных практических приложений1. Тем более, что их магнитные свойства часто превосходят обычные (поли) кристаллических сплавов2,3. Чтобы лучше воспользоваться их выгодно параметров должны быть известны их реакции на повышенных температурах. С ростом температуры, аморфная структура расслабляет, и, наконец, начинает кристаллизации. В некоторых типах MGs, это может привести к ухудшению их магнитных параметров и, следовательно, беднее производительности. Есть, однако, несколько семей на основе железа MGs с специальные композиции4,5,6,7 в котором новообразованной кристаллические зерна являются очень тонкой, обычно ниже около 30 Нм в размер. Нанокристаллов стабилизировать структуру и таким образом, сохранить приемлемые магнитных параметров над в широком температурном диапазоне8,9. Это так называемые нанокристаллических сплавов (НКА).

Долгосрочный надежность MGs, особенно при повышенных температурах и/или жесткие условия (ионизирующего излучения, коррозии и т.д.) требует тщательного знания их поведения и отдельных физических параметров. Потому что MGs аморфные, ассортимент аналитических методов, которые подходят для их квалификации является довольно ограниченным. Например дифракционные методы предоставляют широкий и безликих размышления, которые могут использоваться только для проверки аморфизации.

Это Примечательно, что несколько, обычно существуют косвенные методы, которые обеспечивают быстрый и неразрушающего характеристика MGs (например, линия магнитострикционные задержки зондирования принцип). Этот метод обеспечивает быстрый характеристика структурных и стресс государств, включая присутствие неоднородностей. Он выгодно применяется для быстрого и неразрушающего характеристика по всей длине мг ленты10,11.

Более подробный анализ в неупорядоченных структурный механизм может быть достигнуто через дескриптивное взаимодействий, которые чутко отражают местные атомной расположение резонансных атомов. Кроме того могут быть выявлены различия в топологических и химических Кракторейсовый заказ. В этой связи, методы как спектрометрирование ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или мёссбауэровские спектрометрии оба выполнены на 57Fe ядра, следует считать12,13. В то время как первый метод обеспечивает ответ исключительно на магнитный Диполь дескриптивное взаимодействий, последний также учитывать электрические квадрупольного взаимодействия. Таким образом спектрометрии мёссбауэровские делает одновременно имеющаяся информация о как структурного механизма, так и магнитные государства резонансных железа ядер14.

Тем не менее для достижения разумной статистики, приобретение мёссбауэровские спектра обычно занимает несколько часов. Это ограничение следует рассматривать особенно когда предусматривается температур зависимая эксперименты. При повышенной температуре, которая применяется в ходе эксперимента вызывает структурные изменения в исследуемом MGs15. Следовательно только ex situ эксперименты, проведенные при комнатной температуре на образцы, которые были впервые отжигом при определенной температуре и затем вернулся в условиях окружающей среды обеспечивают надежные результаты.

Эволюция структур мг во время термической обработки обычно изучается аналитических методов, позволяющих быстрого сбора как например рентгеновской дифракции синхротронного излучения (DSR), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), или магнитные измерения. Хотя возможны эксперименты в situ , полученная информация касается структурных (DSR, DSC) или магнитные (магнитные данные) функции. Однако в случае DSC (и магнитные измерения) идентификация типа зерна (нано), которые возникают во время кристаллизации не возможно. С другой стороны DSR данные не указывают магнитные государства исследуемой системы. Решение для этой ситуации является метод, который делает использование дескриптивное взаимодействий: NFS синхротронного излучения16. Он принадлежит к группе методов, которые эксплуатируют ядерные резонансное рассеяние процессы17. Благодаря чрезвычайно высоким блеском излучения, полученные из третьего поколения synchrotrons, температура NFS экспериментов на местах условиях стало возможным18,19,20,21 ,,22-23.

Мёссбауэровские спектрометрии и NFS регулируются же физические принципы, относящиеся к ядерный резонанс среди уровней энергии 57Fe ядер. Тем не менее Хотя бывший сканирует дескриптивное взаимодействия в области энергетики, последний обеспечивает интерферограмм в домене времени. Таким образом результаты, полученные из обоих методов эквивалентны и взаимодополняющими. Для оценки данных NFS, необходимо установить разумные физические модели. Эта сложная задача может осуществляться с помощью мёссбауэровские спектрометрии, который обеспечивает первую оценку. Взаимодополняемость между этими двумя методами означает, что в situ NFS проверяет переходных состояний и спектрометрии мёссбауэровские отражает стабильного государства, viz. начальной и/или конечное состояние материала изучал ex situ.

Эта статья описывает в детали выбранного приложения этих двух менее распространенных методов ядерные резонансы: здесь, мы применяем их к исследованию структурных изменений, которые происходят в (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1 B14 мг, подвергаются термической обработке. Мы надеемся, что эта статья привлекает интерес исследователей использовать эти методы для расследования подобных явлений и в конечном итоге с различными типами материалов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Подготовка мг

Примечание: Чтобы продемонстрировать широкий спектр диагностических возможностей NFS в сочетании с мёссбауэровские спектрометрии, был разработан соответствующий состав мг, а именно (Fe3Co1)76Пн8Cu1B15 (at.%). Эта система показывает магнитные переход от ферромагнитных парамагнитных состояние ниже начала кристаллизации. Кроме того, кристаллитов, которые возникают на первом этапе кристаллизации формируют ОЦК Fe, Co фазы. Потому что кобальт заменяет железа в некоторых атомных позиции ОЦК решетки, возникают отклонения в соответствующих дескриптивное взаимодействий.

  1. Подготовка расплава
    Примечание: Мёссбауэровские спектрометрии и NFS сканировать местные атомных механизмов через дескриптивное взаимодействий ядер 57Fe, которые присутствуют в исследуемых образцах. Природные обилие этого стабильных нуклидов среди всех изотопов Fe является, однако только 2,19%. Чтобы уменьшить время приобретения в situ NFS экспериментов, относительное содержание изотопа Fe 57следует увеличить до 50%.
    1. Возьмите кварцевого стекла тигель (цилиндрическая форма с диаметром 15 мм), покрыть его внутренние стены с нитрида бора избежать возможного загрязнения содержание по Si от стен и вставить 0.4050 g высокообогащенного 57Fe (~ 95%) и 0.5267 g стандарта электролитический чистого железа (чистотой 99,95%) к этой тигель. Общая масса смеси из 0.9317 g и обеспечивает изотопного обогащения ОК. 50% 57Fe.
      Примечание: Из-за высоких цен на стабильной 57изотопа Fe, оптимизируйте ее сумму низкой массы. Около 500 мг 57Fe должно быть достаточно, чтобы обеспечить общий вес расплава до приблизительно 1,5 г. Это низкий технологический предел подготовки оборудования.
    2. Добавьте 0.3245 g электролитический Co (99.85%), 0,0184 г Cu (99,8%), 0.2222 g Mo (99,95%) и 0.0470 г кристаллического B (99,95%) в том же тигель кварцевого стекла. Общая масса смеси 1.5438 g и предполагаемый состав порошка (Fe3Co1)76Пн8Cu1B15.
    3. Растопить полученную смесь стандартные электролитические материалов путем индуктивного нагрева в тигле кварцевого стекла в защитной атмосфере аргона (4N8), чтобы избежать окисления и использование радиочастотного поля 90-120 кГц.
      Примечание: Поле радио частоты обеспечивает смешивание отдельных компонентов в тигле. Их смешивания доходов далее с помощью вихревых токов, когда образуется расплав. Выделите достаточно времени расплава смеси порошка и жидкости. Визуальный осмотр достаточно, нет необходимости для измерения температуры полученную жидкость.
    4. Удалите полученные небольшой слитка из тигля. Визуально проверьте возникновение каких-либо следов шлака пятен на его поверхности. Если он присутствует, удалите их механической полировки.
  2. Подготовка образца ленты образный
    1. Используйте аппарат для литья плоской потока. На рисунке 1показан пример такого устройства.
      Примечание: Расплава внутри кварцевая трубка высылается потоком Ar на тушение колесо вращается в воздухе. Существует нет необходимости в специальных атмосферных условий, при которых тушения колесо является приводом (например, вакуумные или инертного газа среды) для этой композиции расплава.
    2. Из-за небольшой вес слитка (~1.5 g) выберите кварцевые трубки с насадкой, которая имеет круглые отверстия 0,8 мм в диаметре. Положите слитка внутри и расплавить его с помощью индуктивного Отопление. Поддерживать температуру расплава 1,280-1295 ° C.
    3. Отрегулируйте поверхности скорость охлаждения колеса до 40 м/сек.
    4. Приведите расплава на вращающееся колесо тушения атмосферных условиях, то есть, в воздухе.
      Примечание: Результате лента является около 1,5-2 мм в ширину, 25-27 мкм толщиной и длиной 5 м. Стороне воздуха ленты, который был разоблачен в процессе производства в атмосферу окружающего воздуха, то оптически блестящие (глянцевая) противоположной стороне колеса, который находился в прямой контакт с тушения колесо, это мат (тусклый). Эти тонкие ленты качества в результате низкой массы расплава. Таким образом важно проверить окончательный химический состав производимых как угасает ленты из-за низкого входного массы отдельных элементов.
  3. Проверка окончательного химического состава ленты
    1. Подготовьте несколько (до пяти) короткие куски ленты, каждый массой из около 0,70 мг. выбрал их из разных частей производства ленты по его длине.
    2. Распустить каждый кусок ленты в 1 мл концентрированной (67%) Кислота HNO3 и залейте водой до общего объема 50 мл раствора.
    3. Определите содержание Mo и B по оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмы (OES-МСП). Используйте метод внешней калибровки, как это предусмотрено в руководстве инструмента. Записать сигналы в следующих диапазонах: Mo на 203.844 Нм и 204.598 Нм и B на 249.773 Нм.
    4. Определите содержание и Fe, Co, Cu, пламя атомной абсорбционной спектрометрии (F-AAS). Используйте метод внешней калибровки, как это предусмотрено в руководстве инструмент и выберите эти длины волн: Fe на 248,3 Нм, Co 240.7 Нм и Cu в 324,7 Нм.
  4. Структурные характеристики производимых ленты
    1. Проверьте аморфного характер производства ленты, выполняющих дифракции рентгеновских лучей (XRD) в Брэгг-Брентано геометрии; Используйте Cu анода с длиной волны 0.154056 Нм, запись дифракционной картины от 20-100° 2Θ с угловым шагом 0,05 ° и приобретение время 20 s для одной точки.
      Примечание: XRD diffractogram аморфного образца характеризуется вершин широкое отражение как показано на рисунке 2. Должно присутствовать не узкие линии, которые указывают на наличие кристаллитов.
    2. Подготовить небольшие производства лент с общей массой около 3-5 мг и поместите их в Тигель графитовый DSC оборудования.
      Примечание: Мелкие кусочки длиной около 2 мм может быть отрезаны от ленты ножницы.
    3. Выполнение эксперимента ДСК с рампой температуры 10 K/мин в диапазоне температур 50-700 ° c под атмосферу Ar.
    4. Определите температуру начала кристаллизации Tx1, который взят на излом наиболее выраженный пик на ДСК кривой.
      Примечание: На рисунке 3 стрелкой указана температура начала кристаллизации Tx1 .
    5. Выбрал пять температуры отжига, которые охватывают предварительной кристаллизации и кристаллизации регионов на ДСК для дальнейшего ex situ отжига.
      Примечание: В нашем случае, соответствующей температуры, 370, 410, 450, 510 и 550 ° C, как показано на рисунке 3.
  5. Ex situ отжига
    1. Подготовка пяти групп ~ 7 см длинные куски (Общая длина) ленты, как угасает. Отдельные ленты должна быть по крайней мере 1 см длиной.
    2. Для ex situ отжиг, используйте печи (рис. 4). Настройка назначения температуры и ждать 15 минут для его стабилизации.
      Примечание: Конструкция печи обеспечивает минимальный начала раз изотермического отжига. Эта печь состоит из двух частей: Верхняя и Нижняя раунд массивных никелированная медь блоков, которые действуют как температура гомогенизатор. Kanthal A полосы нагревают блоков с высокой динамикой регулирования температуры и стабилизации. Температура назначения, что определяется в шаге 1.4.5.
    3. Вставьте кусочки ленты в зоне эвакуированных и термически стабилизировалась. Для этого откройте 7-10 мм зазор между двумя блоками и слайд ленты прямо в центре подогревом зоны.
    4. Разрыва немедленно. Таким образом, температура образца достигает температуру печи в менее чем 5 s в течение 0,1 K разница.
    5. Выполните, отжиг на 370, 410, 450, 510 и 550 ° C за 30 мин под вакуумом для предотвращения окисления поверхности.
    6. После отжига, удалите с подогревом ленты и разместить их на холодной подложке внутри вакуумной системе. Это гарантирует быстрое охлаждение проб до комнатной температуры.
      Примечание: Термическая обработка закаленных как ленты вызывает структурные изменения, которые в конечном итоге привести к кристаллизации первоначально аморфический материал.

2. методы исследования

  1. Мёссбауэровские спектрометрия
    Примечание: Использование обогащенного до 50% в 57Fe для производства изучал мг железа обеспечивает достаточно короткие приобретение раз для экспериментов в situ NFS. С другой стороны эффективная толщина ленты значительно увеличивается. Это создает проблемы, связанные с чрезвычайно высокой расширение поглощения мёссбауэровские спектральных линий в обычной передачи геометрии эксперимента. Вот почему поверхности чувствительных методов спектрометрии мёссбауэровские должны рассматриваться. А именно преобразования электрон мёссбауэровские спектрометрии (CEMS) и преобразования рентгеновского мёссбауэровские спектрометрии (CXMS) могут быть применены. В то время как CEMS сканирует подповерхностных регионов на глубину около 200 Нм, CXMS предоставляет информацию из более глубоких областей, которые простираются вплоть до о 5-10 мкм.
    1. Подготовка образцов для экспериментов пов/CXMS; использовать 6-8 частей ~ 1 см длиной ленты для одного образца.
    2. Прикрепить бок о бок ленты алюминиевые держателю сформировать компактный площадь около 1 x 1 см2; Использование клейкой лентой над концы ленты; Все ленты должны быть помещены с их стороны воздуха вверх.
      Примечание: Убедитесь, что существует электрического контакта между лентами и держателем и Центральной частью образца (около 8 x 10 мм2) очистить от любого загрязнения поверхности, например, остается клейкой ленты.
    3. Вставьте держатель алюминиевый с образцом в детектор пов/CXMS.
    4. Перед измерением тщательно вымойте внутренний детектор тома с потоком газа обнаружения изгнать всех остаточного воздуха. Разрешить 10-15 мин для выполнения этой процедуры.
    5. Отрегулируйте поток газа через детектор, игольчатый клапан 3 мл/мин.
    6. Подключите высокого напряжения детектора: стандартное значение составляет около 1,2 кв для пов и около 200 V выше для CXMS.
    7. Запись пов и CXMS мёссбауэровские спектры с использованием спектрометра постоянное ускорение оснащены 57Co/Rh радиоактивного источника. Оперировать спектрометр газовый детектор при комнатной температуре в соответствии с руководством.
    8. Выполнить обнаружение преобразования электронов и рентгеновские лучи детектор газа, заполнены с он + CH4 и смесь газов Ar + CH4 , соответственно. Держите количество CH4 на 10% в обоих случаях.
    9. Повторите шаги 2.1.2 к 2.1.8 для колеса стороны исследуемого ленты.
    10. Выполните скорость калибровки14 аппарата с помощью тонкой фольги α-Fe (12,5 мкм).
    11. Оценивать спектры пов/CXMS; Цитата изомер полученные значения сдвига в отношении комнатной температуре мёссбауэровские спектр калибровки α-Fe фольги.
      Примечание: Полученные спектры мёссбауэровские могут быть оценены кодом любого подходящего фитинга, например конфи программное обеспечение24.
  2. NFS
    1. Выполнить эксперименты NFS, с помощью подходящего ядерный резонанс излучение в синхротрон. Возможный вариант: ID 18 в Европейский фонд синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, Франция. 25
    2. Настроить энергии фотона луча 14.413 кэВ с пропускной способностью ~ 1 МэВ.
    3. Место примерно 6 мм длиной ленту исследуемых мг в вакуумной печи.
    4. Запись время NFS-домена шаблоны во время непрерывного нагрева образца при температуре до 700 ° C с рампой 10 K/мин использования 1-мин интервалы времени для приобретения экспериментальных данных во время всего в situ отжиг процесса.
      Примечание: Передачи геометрии эксперимента NFS гарантирует, что информацию о взаимодействиях дескриптивное получается из образца оптом.
    5. Оценку экспериментальных данных NFS, с помощью подходящего программного обеспечения (например, www.nrixs.com).
      Примечание: Во время одного в situ эксперимента, записываются как правило до 100 моделей домена времени NFS. В ходе их оценки по CONUSS программного обеспечения пакета26,27рассмотреть вопрос о применении специального свободного программного обеспечения под названием Юбер, который можно вычислить таких данных огромных количествах в полуавтоматическом режиме28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

XRD шаблон на рисунке 2 экспонаты широкий ровный дифракционного пика. Наблюдаемые размышления продемонстрировать, что произведенные ленты (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 мг XRD аморфные.

Из-за своей чувствительности XRD имеет некоторые ограничения в открытие поверхности кристаллизации. Присутствие кристаллитов составляет менее около 2-3% мг не является критическим. Таким образом иногда используется термин «XRD аморфного».

Первоначальное снижение DSC, записанная на рисунке 3 , вызванных структурной релаксации как угасает мг, который проходит во время термической обработки при умеренных температурах до ~ 400 ° C. Следующие выраженным снижением ДСК сигнала соответствует первым шагом кристаллизации. Температура начала кристаллизации составляет около 400 ° C с рампой 10 K/мин. Выбранной температуры отжига обозначаются закрашенные круги.

Четкая позиции железа резонансных атомов в кристаллической решетке, которые exhibit Длиннорейсовый заказ перевода симметрии течение нескольких констант решетки, предоставляют узких спектральных линий в соответствующих мёссбауэровские спектров. Они имеют дискретные значения спектральных параметров, которые являются уникальными для отдельных структурных механизмов и, таким образом, они выступают в качестве отпечатков пальцев для идентификации различных кристаллических фаз.

С другой стороны-эквивалент атомной позиции в неупорядоченных аморфных материалов вызывают расширение спектральных линий. Таким образом связанные спектральные параметры экспонат распределения их соответствующих значений. Дистрибутивы дескриптивное спектральных параметров представить информацию о Кракторейсовый заказ, т.е. местное атомной расположение резонансных атомов. Соответственно, мёссбауэровские спектрометрии позволяет прямой идентификации типа структурного механизма, в частности, кристаллический (CR) против аморфного (AM), как показано на Рисунок 5.

Узкие и широкие спектральных линий происходят в мёссбауэровские спектры НКА, которые получаются из MGs путем термической обработки. Кроме того тип дескриптивное взаимодействий, включая квадрупольного расщепления (Δ) Дуплет и сверхтонкая магнитных полей (B) Секстет можно различать магнитные и немагнитные образцы, соответственно. В случае аморфного образцы получаются соответствующего распределения, P(Δ) и P(B).

В общем аморфные регионы в исследуемых образцах может быть магнитных или парамагнитных происхождения. Они моделируются дистрибутивов дескриптивное магнитных полей P(B) и распределения квадрупольного расщепления P(Δ), соответственно. В нашем случае как закаленном состоянии (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 мг в магнитные, но парамагнитных регионов развиваться внутри магнитного матрицы после умеренного термической обработки (до наступления кристаллизация).

После начала кристаллизации недавно сформированной nanocrystallites возникают в остаточных аморфной матрице. Последний показывает те же функции, как угасает как государства, т.е. наличие магнитных и немагнитных регионов. Кроме того атомы, которые расположены на поверхности nanograins выставку возмущенных симметрии. С одной стороны они испытывают идеальный порядок кристаллической решетки; с другой стороны они находятся в контакте с неупорядоченных аморфной матрице. Следовательно эти атомы образуют своего рода интерфейса между остальная аморфного и кристаллитов. Таким образом они были моделируется дополнительного распределения дескриптивное магнитных полей P(B), потому что этот компонент очень магнитные29.

Занятых установку программного обеспечения24 конструкции дистрибутивы как свертка определяющим Секстет или Дуплет псевдоримановом линий с Гауссу (при ширине линии мёссбауэровские 0,195 мм/сек). Мы использовали до трех Гауссу для учета наблюдается асимметрия спектров. Изомер сдвига, сверхтонкая магнитного поля, или квадрупольного расщепления, а также области определяющим Секстет или Дуплет были установлены параметры. Были установлены линии интенсивности 2-й и 5-й линий секстетов и коэффициент интенсивности линии линий (1+6):(3+4) было зафиксировано 3:1. Ширина (стандартное отклонение) индивидуального распределения Гаусса были установлены.

В всех мёссбауэровские спектров, присутствие только магнитно Сплит кристаллический компонентов было отмечено. Они были оснащены отдельными секстетов псевдоримановом линий. Установлены параметры включены изомер сдвига, сверхтонкая магнитного поля, ширина линии, интенсивность 2-й и 5й линий и область компонента. Коэффициент интенсивности линии линий (1+6):(3+4) было зафиксировано 3:1.

В некоторых спектры как шесть отдельных секстетов были использованы. Здесь были назначены два секстетов магнитных оксидов. Мы использовали до четырех секстетов представлять новообразованной nanograins в отожженном образцах. Соответствующей кристаллической фазы, что СК-Fe, Co, в котором Co заменяет Fe на некоторых участках решетки. Принимая во внимание биномиальное распределение наиболее вероятное количество Co ближайших соседей, до четырех секстетов были использованы для моделирования этой ситуации также зависящ на общее кристаллический содержимое в отдельных пробах отожженная.

CEMS спектры, взятые из области вблизи поверхности (на глубину около 200 Нм) отражает структурный механизм, который было вызвано 30 минут обжига при выбранной температуре. CEMS спектры, взяты из воздуха и колеса стороны ленты при комнатной температуре показано на рисунке 6.

CXMS спектры, которые иллюстрируют структурно расположения исследуемых мг в более глубоких подземных регионах (вниз до около 5-10 мкм) показано на рисунке 7.

Относительной области спектральных составляющих соответствующий кристаллических фаз, выводятся как функция отжига температура на рисунке 8 , как производные от обоих методов.

Хорошо уважаемых узкие линии мёссбауэровские рис. 6 и 7 цифра указывают формирования СК Fe, Co кристаллические зерна, которые появляются после отжига в 410 ° C. С ростом температуры отжига их сумма постепенно увеличивается, как показано на рисунке 8. Они определяются в близко к поверхности слои CEMS также глубже регионах по CXMS.

Следы узких мёссбауэровские линии выявлены также после низкотемпературного отжига и даже в состоянии как угасает, а именно на колесе стороне (см. Рисунок 6b и Рисунок 7b). Они принадлежат к Fe оксидов продуктов коррозии. Во время процесса производства некоторые влажный воздух ловушке между расплава и тушения колесо. Влажность воздуха сразу испаряется и образует воздушные карманы, внутри которых может быть возбуждено коррозии. Мёссбауэровские сигнал от этого компонента является очень слабым, и после отжига при более высоких температурах он накладывается с этим возникающих ОЦК-Fe, Co нанокристаллов. Примечательно, что обусловлено высоким содержанием 57Fe в этих образцах был включен идентификации продуктов коррозии. Следует использовать природного железа для их производства, спектральные компонент будет не обнаружено. В этой связи мёссбауэровские спектрометрия является более чувствительным для идентификации железосодержащих кристаллических фаз, чем например, XRD.

Следует отметить, что узкие мёссбауэровские линии, которые указывают на наличие nanocrystallites, хорошо уважаемых после отжига в 410 ° C. Тем не менее также выявлены следы этих линий после отжига на 370 ° C, который имеет более низкую температуру, чем Tx1 предложил DSC. Они более выражены на стороне воздуха, где тушения условия не так эффективны, как на стороне колеса. Таким образом начала кристаллизации на этой поверхности ленты.

Спектры мёссбауэровские ОЦК-Fe, Co кристаллической фазы были оценены, используя четыре узких секстетов, помеченные как Co0, Co1, Co2 и Co3. Они представляют собой Fe позиции с нуля, один, два и три Co ближайших соседей, соответственно. Полученные дескриптивное магнитные поля показаны на рисунке 9. С увеличением числа атомов Co, сверхтонкая магнитные поля на участках Fe увеличить. Они были усреднены за все температуры нагрева при отжиге для отдельных методов, то есть пов и CXMS, применяются к обеим сторонам ленты. Наконец был получен в среднем четыре частичных значений. Результате дескриптивное магнитные поля выводятся в рис. 9a.

Эволюция дескриптивное магнитных полей, которые соответствуют различное количество Co ближайших соседей, строится в Рисунок 9b против отжига температура. Они разбросаны вокруг среднего значения, взятые из рис. 9a. Для Co0 и Co2 при низких температурах отжига наблюдаются заметные отклонения. Примечательно, что компонент Co2 появился даже после отжига на 370 ° C. Это означает, что СК Fe, Co, нанокристаллов начинают расти уже при этой температуре. Магнитные поля связанный сверхтонкая отклоняться от среднего главным образом из-за размера новообразованной зерна. Этот компонент спектрального была определена как только один из-за его высокой вероятности в биномиальное распределение.

После отжига в 410 ° C, хорошо документированы кристаллизации на поверхности ленты (см. также рис. 8). Соответствующих спектральных составляющих демонстрируют стабильный дескриптивное магнитные поля, за исключением одного - Co0. FE позиции с нулевым Co ближайших соседей только начинают появляться, потому что вероятность их относительно низкой (вероятность Co0 составляет 0,09 пока что СО2 составляет 0,31). Следовательно их значения магнитного поля дескриптивное также затронуты.

Ex situ Мёссбауэровские спектрометрия является подходящим методом для выявления типа кристаллических спинок, производится путем термической обработки закаленных как мг. Кроме того потому что зонды дескриптивное взаимодействия он может различать решетки сайтов с различным числом атомов замещения.

Ядерные резонансное рассеяние можно эффективно добиться с синхротронного излучения, показывая чрезвычайно высокий блеск и перестраиваемые энергии30. Выбор соответствующей энергии, которая совпадает с разделением ядерных уровней в 57Fe позволяет участие NFS для многих экспериментальных исследований в материалы исследований31. В самом деле этот метод можно считать аналогом мёссбауэровские спектрометрии32.

Импульсы синхротронного излучения с типичной продолжительностью ~ 50 л.с. обеспечивают фотонов с пропускной способностью нескольких МэВ. Потому что дескриптивное взаимодействия по приказу несколько neV, такой импульс возбуждает одновременно все возможные переходы между уровнями ядерной. Последующее deexcitation фотоны последовательной и мешать друг другу. Напротив в обычных мёссбауэровские спектрометрии возбуждения и deexcitation активируются последовательно при уникальной энергии фотонов, освобождены от радиоактивного источника модулируется через Эффект Доплера в запрашиваемой энергию. Схематически вмешательства фотонов рисуется на рисунке 10.

NFS время домена шаблоны представляют участки количество фотонов, испускаемых образца как функция отложенного времени. Последний является время, которое прошло от возбуждения ядерных уровней с синхротронного излучения импульса до обнаружения этих «задержка» фотонов.

В зависимости от температуры измерений, можно выделить три температуры отдельных регионов. Следовательно мы использовали три установки модели, которые принимают во внимание эволюцию температуры дескриптивное взаимодействий и сопутствующих структурных преобразований в пределах температуры отдельных регионов.

В первый регион, который включает низких температурах до точки Кюри исследованы мг аморфного и экспонаты магнитного взаимодействия. Соответствующая физическая модель состоял из двух распределений дескриптивное магнитных полей. Они были назначены два типа механизмов Кракторейсовый заказ (СРО), аморфные регионов с довольно высоким (~ 22 Т) и низкого (~ 8 Т) средняя дескриптивное магнитные поля (при комнатной температуре). Были установлены значения среднего дескриптивное магнитных полей, соответствующих обеих дистрибутивов. Относительный вклад обоих компонентов были установлены только в шаблоне времени домен NFS, который был записан при комнатной температуре. Для повышения температуры в месте экспериментов, их относительного соотношения держали фиксированной.

Второй, т.е. промежуточные температуры региона между точкой Кюри и началом первого кристаллизации исследованы мг до сих пор аморфных, но уже парамагнитных. Результирующая структура моделируется один распределения квадрупольного расщепления. Таким образом была оборудована только его среднее значение.

После начала первого кристаллизации, т.е. в регионе высокой температуры, формирование ОЦК Fe Co nanograins начинается. Они встроены в матрице остаточной аморфных, парамагнитная благодаря значительно высокой температуре эксперимента. Следовательно третья модель установки состоял из распределения квадрупольного расщепления, который был таким же, как и в предыдущем случае. Наличие nanograins приходилось на дополнительные четыре магнитных компонентов с уникальными значениями дескриптивное магнитных полей (т.е., не распространяется). Их относительная фракции были получены из биномиальное распределение Co ближайших соседей, аналогичные, как и в случае обычных мёссбауэровские спектрометрии. Вклад других кристаллитов не был выявлен в основную часть образца, и почему необходимы дополнительные компоненты не магнитный. Установлены параметры включали относительный вклад этапа нанокристаллических и матрице аморфный остаточного, средняя квадрупольного расщепления последний этап, и четыре значения дескриптивное магнитных полей, присвоенные индивидуальные кристаллографических сайтов. Полученная температура эволюции установлены параметры представлены в отдельных фигур ниже для всех трех регионов.

Перед вычислением экспериментальных данных, пять соседних точек были подведены увеличить интенсивность подсчитанных и таким образом, улучшить отношение сигнал шум. Учитывая, что время резолюции используется лавина фото диод детектор превышает 0,1 НС, такое лечение данных вызвало уменьшение детектор резолюции около 0,5 НС, которые по-прежнему удовлетворительным для определения параметров дескриптивное. Кроме того используемые детектор экспонатов незначительным фон фото скорость по сравнению с NFS сигнала. Следовательно параметр фон был сохранен на нулевом уровне в ходе процедуры оценки.

NFS эксперименты были проведены в ходе непрерывного увеличения температуры, которая растет со скоростью 10 K/мин. Приобретение данных также была непрерывной, и NFS шаблонов домена времени хранились в конце каждую минуту. Во время одного эксперимента было собрано несколько десятков отдельных записей домена времени NFS. Таким образом прогресс структурных преобразований, которые происходят в целом основная часть исследованных мг может быть следуют в situ в отношении времени и/или температуры.

Примеры отдельных шаблонов домена времени NFS показаны на рисунке 11 , где приведены экспериментальные данные (полное точек с ошибками) и теоретически рассчитанных кривых (сплошные линии). Последние были оценены с использованием различных установки моделей для различных температурных интервалов, как описано выше. Обратите внимание, что оси y даны в логарифмическом масштабе. Таким образом даже небольшие отклонения между точками экспериментально и теоретически рассчитанных кривых визуально расширить. Тем не менее из-за довольно низкие показатели особенно в больше задержки время регионах, где производятся также некоторые различия, их влияние на результате дескриптивное взаимодействия является незначительным.

Все шаблоны NFS представлены на рисунке 12 контурное изображение. Задержка времени резонансно рассеянных фотонов представляет абсциссе, и температура нагрева при приобретении NFS данных эксперимента дается на оси y. Интенсивность записи выделяются цветом в логарифмическом масштабе.

Очевидные отклонения в фигурах NFS записей в рисунке 11 и 12 рисунок ясно указывают изменения в дескриптивное взаимодействий, наблюдается при определенных температурах. Curie температура TC соответствует переход от ферромагнитных парамагнитных договоренности изучал мг. Это фазовый переход второго порядка. Со структурной точки зрения Однако, система по-прежнему аморфные.

Резкие изменения в формы записи домена времени NFS на Tx1 касается начала кристаллизации при nanocrystallites возникают из аморфного матрицы. Это структурное преобразование сопровождается ре появление магнитных дескриптивное взаимодействий. Они устанавливаются между недавно созданной ОЦК Fe, Co nanograins. Даже с ростом температуры эксперимента порядок ферромагнитных выживает.

Эволюция дескриптивное магнитных полей на нанокристаллов и их относительное количество с температурой показаны в рис. 13А и рис. 13b, соответственно. Обратите внимание, что из-за высокой чувствительности NFS, можно выделить наличие различное количество Co атомов, которые включены в ОЦК решетки как ближайших соседей Fe атомов через различия в их дескриптивное магнитные поля. Они обозначаются как Co0 чтобы Co3 на рисунке 13 и соответствуют ноль, один, два и три Co ближайших соседей.

Сверхтонкая магнитных полей, которые наблюдаются в рис. 13a в начале кристаллизации сравнительно небольшой значений из-за размера эффект развивается кристаллические зерна. Их решетки постепенно обретает свой окончательный порядок, который также определяет соответствующие дескриптивное магнитного поля. После достижения температуры приблизительно 500 ° C, последний стабилизируются и их значения определяются исключительно колебаниями температуры. Почти незаметным медленное снижение дескриптивное магнитных полей с ростом температуры эксперимента предполагает довольно высокое значение температуры Кюри новообразованной кристаллической фазы.

Постепенно увеличивается число нанокристаллов для T > Tx1 как показано на рис. 13b. Также отображается температура эволюции установку отдельных компонентов. В этом случае размер символов выше, чем соответствующий диапазон ошибки. Примечательно, что компоненты, обозначается как Co0 и Co3 exhibit очень похожие значения. Это вызвано низкой вероятности нулевой и три Co ближайших соседей как производные от связанного биномиальное распределение.

Температура развития дескриптивное магнитные и электрические квадрупольного взаимодействия внутри матрице аморфный показана на рисунке 14. В регионе низкой температуре где T < TC, температура инициативе снижение дескриптивное поля обоих компонентов оценки наблюдается в Рисунок 14a. Здесь установку модель состоит из двух распределений дескриптивное магнитных полей.

Весь мг аморфные, хотя немагнитные, вплоть до начала кристаллизации на Tx1. После этого нанокристаллических зерна появляются но остаточного аморфного матрица до сих пор не обладающих магнитными свойствами. Следовательно части аморфного сплава воспроизводится один распределения квадрупольного расщепления и полученные средние значения выводятся в Рисунок 14b против температуры. Резкие изменения в этот параметр видели вблизи Tx1. Последний был определен как точку перегиба кривой.

Эволюция общего числа (районы) количество отдельных шаблонов домена времени NFS относительно температуры в месте NFS эксперимента показано на рисунке 15. Он может использоваться для определения характеристик исследуемой системы даже без какой-либо необходимости для точной оценки индивидуальных параметров. Три хорошо уважаемых регионы могут быть определены. Они разделяются характеристических температур TC и Tx1. Обратите внимание, что при TC, NFS сигнал почти исчезла.

Первоначальный сокращение общего количества к TC отражает снижение температуры дескриптивное магнитных полей в аморфной фазы. Следовательно первоначально хорошо решен Секстет, которая наблюдается в области энергетики, в конечном итоге сворачивает на TC плохо решен широкий сигнал, то есть, когда двухполюсные магнитные взаимодействия полностью исчезают. В области время всасывается и повторно излучаемых фотонов вмешиваться после импульса возбуждения. Потому что энергия и время доменов связаны через преобразования Фурье, следует рассмотреть некоторые последствия. Например широкие линии в области энергетики представлены быстро распадаться сигнала в домене время и наоборот. Таким образом при TC сигнал времени выдавливается в очень узком временной интервал сразу после импульса возбуждения, как показано в шаблоне верхнем рисунке 11b. Здесь, соответствующие экспериментальные данные видны только в течение первых 40 НС. Возможной эволюции время сигнала для более раз подтверждается только теоретически рассчитанных кривой.

Следует отметить, что все время домена шаблоны начать только 20 НС после импульса возбуждения. Это из-за чрезвычайно большое количество строки и задержки фотоны, которые могли бы серьезно повредить используемых детекторов. Именно поэтому детекторы являются электронным воротами и не регистрировать входящий фотоны во время первоначального 20 НС. Тем не менее, после перехода в состояние парамагнитный, качественно новая сверхтонкая взаимодействий возникают которые обеспечивают довольно узкие линии в области энергии и, таким образом, соответствующий сигнал времени домена более медленно разлагается. В результате устоявшихся квантовой бить шаблоны отображаются, как показано в шаблоне ниже рисунке 11b и резко возросло общее число отсчетов на рисунке 15 .

Последующее падение графов (а именно после Tx1) может объясняться главным образом к формированию nanocrystallites, сильно ферромагнитных, показывая двухполюсные магнитного взаимодействия. Соответствующего домена время модели представлены многие высокой частоты ударов, которые, однако, охватывают нижней области, чем те, которые по-прежнему частично аморфной фазы (см. Рисунок 11 c).

После достижения температуры назначения 700 ° c, NFS эксперимент продолжился время останавливаться на 10 мин при этой температуре и последующее охлаждение. Записанные модели домена времени показаны на рисунке 16 относительно времени эксперимент. В регионе изотермический форма модели домена времени NFS существенно не изменится. Наблюдается лишь умеренное увеличение интенсивности некоторых вершин. Это объясняется эволюции кристаллические зерна, которые растут с течением времени. Следовательно их соответствующие взаимодействия дескриптивное рост интенсивности, которая прослеживается в регионе изотермический на рисунке 16.

Во время охлаждения, вершины NFS продвигаться к своей окончательной позиции, которые, как ожидается, при комнатной температуре. В то же время из-за увеличения вероятности эффекта резонанса с понижением температуры повышаются их интенсивности. Эти изменения можно увидеть после 10 минутth эксперимента в верхней половине Рисунок 16 (то есть, охлаждения район).

Figure 1
Рисунок 1: аппарат для литья плоской потока. () схема схема и (b) фото реального устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: XRD как угасает (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла. Широкий ровный размышления показывают, что ленты XRD аморфного. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: DSC запись как угасает (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла. Закрашенные круги показывают предполагаемой температуры отжига; Температура начала кристаллизации Tx1 помечен с помощью стрелки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: аппарат для ex situ термической обработки ленты металлического стекла, как угасает. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5: модель мёссбауэровские спектры. Кристаллические материалы (CR) экспонат узкие линии мёссбауэровские (слева), которые предоставляют дискретные значения дескриптивное взаимодействий (справа). Аморфные материалы (AM) характеризуются широкими линиями (в середине) и распределения немагнитных P(Δ) и магнитные P(B) дескриптивное взаимодействий. Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6: CEMS спектры (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла. Спектры были взяты из (), воздух стороной и (b) колесо ленты, с отжигом при указанной температуре (а.к = как угасает). Мёссбауэровские спектральные линии соответствует кристаллических фаз выводятся синим (СК Fe, Co) и зеленый (Fe оксиды). Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7: Спектры CXMS (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла. Спектры были взяты из (), воздух стороной и (b) колесо ленты, с отжигом при указанной температуре (а.к = как угасает). Мёссбауэровские спектральные линии соответствует кристаллических фаз выводятся синим (СК Fe, Co) и зеленый (Fe оксиды). Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 8
Рисунок 8: относительной области мёссбауэровские спектральных составляющих заговор против температуры отжига. Компоненты соответствуют Fe оксид (круги) и ВСС Fe, Co (квадраты). Они были CEMS производных от () и (b) CXMS спектры (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла взяты из воздуха (полный символов) и колесо (открытые символы) стороны ленты ( а.к = как угасает). Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 9
Рисунок 9: сверхтонкая магнитные поля компонента кристаллический. Сверхтонкая магнитные поля, полученные от CEMS (красные символы) и CXMS (синие символы) спектры (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла заговор против () количество Co ближайших соседей в ОЦК решетки и (b) температуры отжига. Спектры были взяты из воздуха стороне (полный символов) и стороны колеса (открытые символы). Средние значения полей дескриптивное заговор зеленые символы и штриховые линии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 10
Рисунок 10: сравнение мёссбауэровские спектров и шаблонов домена времени NFS. Последовательная запись ядерных переходов между Сплит ядерных уровней (посередине) дает подняться до мёссбауэровские спектры (слева) в области энергетики. Во время одновременного возбуждения один импульс инцидента синхротронного излучения последующие де возбуждения фотоны различных энергий вмешиваться и предоставляют шаблон домена времени NFS (справа). Эффект взаимодействия магнитных и немагнитных дескриптивное также сравнивается. Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 11
Рисунок 11: Примеры отдельных шаблонов домена времени NFS (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла. Экспериментальные данные, заговор полный символов (включая диапазон ошибки) уточняются теоретически рассчитанных кривых (сплошные линии). NFS данных были взяты на указанных температурах и включают различные температурные диапазоны: () ниже точки Кюри, (b) между точкой Кюри и начала кристаллизации и (c) за пределами начала кристаллизации. Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 12
Рисунок 12: Контур участок шаблонов домена времени NFS (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B14 металлического стекла во время эксперимента в situ температуры. Переход температуры, включая точки Кюри (TC) и начала кристаллизации (Tx1) делят весь температурный диапазон на три выдающихся интервалы. Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 13
Рисунок 13: NFS на месте экспериментировать на пн8Cu1B14 металлического стекла (Fe2,85Co1)77. Параметры шаблонов домена времени, которые соответствуют кристаллической фазы заговор против температура измерения: магнитные поля () дескриптивное и (b) относительные области конкретных атомных объектов в ОЦК Fe, Co решетки, показывая 0 , 1, 2 и 3 Co ближайших соседей Fe атомов. Этот показатель был изменен с [21] с разрешения владельца общества PCCP. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 14
Рисунок 14: NFS на месте экспериментировать на пн8Cu1B14 металлического стекла (Fe2,85Co1)77. Сверхтонкая параметры остаточного аморфного матрицы заговор против температура измерения: магнитные поля () средняя дескриптивное и (b) средняя квадрупольного расщепления. Параметры были уточнены конкретные установки модели, применяемые для различных температурных регионов. Температура начала кристаллизации (Tx1) отмечена стрелкой. Эта цифра была изменена с [23]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 15
Рисунок 15: NFS на месте экспериментировать на пн8Cu1B14 металлического стекла (Fe2,85Co1)77. Общая площадь шаблонов домена времени NFS, заговор против температуры измерений. Уважаемый температуры переходов помечены TC (точка Кюри) и Tx1 (Начало кристаллизации) и отмеченные стрелками. © 2017 Marcel б. Miglierini и вит Прохазка, адаптированный ссылка [22]; Первоначально опубликовано под CC BY-NC 4.0 лицензия. Доступна с: DOI: 10.5772/66869. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 16
Рисунок 16: контур участок шаблонов домена времени NFS (Fe2,85Co1)77Пн8Cu1B металлического стекла14 после температуру приготовления. NFS время домена шаблоны были записаны во время 10-мин останавливаться после достижения температуры назначения 700 ° C и последующего охлаждения. Координата по оси y, которое представляет собой время эксперимента, обратите внимание. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ex situ Мёссбауэровские эффект эксперименты описать устойчивый ситуацию, которая встречается в исследуемом мг после прикладной термической обработки. Каждый спектра была собрана в течение нескольких часов при комнатной температуре. Таким образом эволюция первоначально аморфная структура последовал как функция отжига условий. Потому что мёссбауэровские спектрометрии чувствителен к дескриптивное взаимодействий, действуя по резонансным ядер, слабый детали структурных или магнитных изменений, вызванных повышенной температуре может быть открыт. Тем не менее исследуемые образцы проверяются атмосферных условиях, когда влияние временно изменившихся условий (например, повышение температуры) уже закончена.

На месте NFS эксперименты изучить изучал мг в динамическом режиме во время их подверженности разной температуры. Это открывает качественно новое понимание поведения системы интерес, мг в этом случае. Примечательно, что данных NFS приобретаются в течение одной минуты. Это позволяет в реальном времени осмотра эволюции дескриптивное взаимодействий. Это почти невозможно обычных мёссбауэровские спектрометрическим методом. Мы должны признать, однако, что полученные параметры усреднены за одну минуту интервалов, в которые записываются данные. Тем не менее возможные различия в индивидуальных параметров в течение такого короткого промежутка времени можно считать незначительным.

Мёссбауэровские спектрометрии и NFS зонд местные окрестности Fe резонансных атомов через дескриптивное взаимодействий. Следовательно информация о структурных договоренности и магнитные микроструктуры одновременно доступна. Это особенно важно, когда расследование сложных систем, таких как НКА. Как мы показали, это можно не только для того, чтобы следовать магнитные переход от ферромагнитных парамагнитных договоренности но также последующие структурные преобразования, т.е., кристаллизации. Формирование nanograins могут быть проверены в устойчивый и переходных условиях. Кроме того возможна благодаря идентификации их подробная характеристика отдельных решетки сайтов с различным числом иностранных атомов в структура ВСС.

Ex situ эксперименты, проведенные методом спектроскопии обычных Мессбауэра предоставить информацию о государствами устойчивого материала, включая стабильные и метастабильного государства. Это означает, что мы можем исследовать местные как структурные, так и магнитные договоренностей в исходный материал (как закалка) и в конечный продукт, тоже. Последний получил через nanocrystallization бывшего после подходящего термообработки но измеряется при температуре окружающей среды. Однако ex situ мёссбауэровские спектрометрии предоставляет информацию в области энергетики. Таким образом полученные спектры непосредственно связаны с состояние исследуемого материала и более удобным для оценки и интерпретации.

С другой стороны в situ NFS подход подходит для расследования переходных процессов, которые происходят во время фазы трансформации. Потому, что информация о договоренности материала кодируется в квантовой бьется, записанная в домене времени, оценки моделей NFS является сложной задачей. Она может быть решена путем надлежащего использования результатов, полученных от ex situ мёссбауэровские эффект экспериментов. Таким образом сочетание обоих методов позволяет осмотр устойчивый, а также переходных государствах исследуемой системы.

Обе методики являются взаимодополняющими с точки зрения полученных результатов, а также условия, при которых они были достигнуты. Полученный опыт может эффективно использоваться также в изучении других вопросов, которые связаны с структурные и/или магнитные переходы. В качестве типичного примера существование промежуточных этапов, различающихся в валентном состоянии железа в твердом состоянии сокращения Fe(VI) Fe(III) оксидов во время лечения температуры может быть упомянутых33.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана Словацкой исследований и развития агентства по контрактам нет APVV-16-0079 и APVV-15-0621, предоставляет Вега 1/0182/16 и Вега 2/0082/17 и внутренний грант IGA Палацкого университета (IGA_PrF_2018_002). Мы благодарны Рюффер р. (Европейский центр синхротронного излучения, Гренобль) за помощь с синхротрона экспериментов.

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

Машиностроение выпуск 136 мёссбауэровские спектрометрии ядерная вперед рассеяния синхротронного излучения металлические очки структурные преобразования кристаллизации сверхтонкая взаимодействия
Методы <em>Ex Situ</em> и <em>In Situ</em> исследования структурных преобразований: В случае кристаллизации металлических стекол
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