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Métodos Ex Situ e In Situ las investigaciones de las transformaciones estructurales: el caso de la cristalización de vidrios metálicos

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

Aquí, presentamos un protocolo para describir investigaciones ex situ y en situ las transformaciones estructurales en los vidrios metálicos. Empleamos métodos analíticos basados en nuclear que inspección la interacción hiperfina. Demostrar la aplicabilidad de la espectrometría Mössbauer y dispersión delantera nuclear de Radiación Sincrotrón durante experimentos basados en la temperatura.

Abstract

Demostrar el uso de dos nucleares basado en métodos analíticos que pueden seguir las modificaciones microestructurales arreglo de vidrios metálicos a base de hierro (MGs). A pesar de su naturaleza amorfa, la identificación de las interacciones de la hiperfina presenta modificaciones estructurales débiles. Para ello, hemos empleado dos técnicas que utilizan la resonancia nuclear entre los niveles nucleares de un isótopo estable 57de Fe, es decir, espectrometría Mössbauer y dispersión delantera nuclear (NFS) de radiación de sincrotrón. Se discuten los efectos del tratamiento térmico sobre (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG utilizando los resultados de los experimentos ex situ y en situ , respectivamente. Como ambos métodos son sensibles a las interacciones de la hiperfina, información en el arreglo estructural, así como en la microestructura magnético está disponible. Realizadas espectrometría Mössbauer ex situ describe cómo el arreglo estructural y microestructura magnético aparece a temperatura ambiente después de recocer bajo ciertas condiciones (temperatura, tiempo), y por lo tanto esta técnica examina constante Estados. Por otra parte, datos NFS son grabados en situ durante dinámicamente cambiante temperatura y NFS examina Estados transitorios. El uso de ambas técnicas proporciona información complementaria. En general, se puede aplicar a cualquier sistema adecuado en el que es importante saber su estado estacionario sino Estados transitorios.

Introduction

Base de hierro MGs preparados por enfriamiento rápido de un derretimiento representan materiales industrialmente atractivos con numerosas aplicaciones prácticas1. Sobre todo porque sus propiedades magnéticas son a menudo superiores a los convencionales (poly) aleaciones cristalinas2,3. Para mejor beneficio de sus parámetros ventajosas, debe conocerse su respuesta a las temperaturas elevadas. Con el aumento de temperatura, se relaja la estructura amorfa y, por último, la cristalización comienza. En algunos tipos de MGs, esto puede conducir al deterioro de sus parámetros magnéticos y, en consecuencia, resultados más pobres. Sin embargo, hay varias familias de MGs con base de hierro con composiciones especiales4,5,6,7 en el que el recién formados granos cristalinos son muy finos, típicamente por debajo de unos 30 nm de tamaño. Los nanocristales estabilizan la estructura y así, preservar los parámetros magnéticos aceptables sobre una temperatura amplia gama8,9. Estas son las aleaciones llamados nanocristalinos (NCA).

La fiabilidad de rendimiento a largo plazo de MGs, especialmente bajo temperaturas elevadas o a condiciones difíciles (radiación ionizante, corrosión, etc.) exige un conocimiento profundo de su comportamiento y parámetros físicos individuales. Porque MGs son amorfo, la variedad de técnicas analíticas que son adecuados para su caracterización es bastante limitada. Por ejemplo, métodos de la difracción proporcionan reflexiones amplias y sin rasgos distintivos que pueden usarse sólo para la verificación de amorphicity.

Es notable que varios, generalmente existen métodos indirectos que proporcionan rápidos y no destructivos caracterización de MGs (p. ej., línea de retardo magnetostrictivos principio de detección). Este método proporciona rápido caracterización de Estados estructurales y de estrés, incluyendo la presencia de heterogeneidades. Ventajosamente se aplicó a rápido y caracterización no destructiva a lo largo de toda la longitud de MG cintas10,11.

Visión más detallada de arreglo estructural desordenada puede lograrse a través de la interacción hiperfina que sensible refleja el local arreglo atómico de los átomos resonantes. Por otra parte, las variaciones de orden de corto alcance topológico y química pueden ser reveladas. En este sentido, los métodos como la espectrometría de resonancia magnética nuclear (RMN) y espectrometría Mössbauer, ambos realizados en 57núcleos de Fe, debe ser considerado de12,13. Mientras que el método anterior proporciona únicamente en la interacción hiperfina de dipolo magnético, este último es sensible también a las interacciones de cuadrupolo eléctrico. Así, espectrometría Mössbauer hace simultáneamente información sobre el arreglo estructural y Estados magnéticos de los núcleos de hierro resonante14.

Sin embargo, para lograr estadísticas razonables, la adquisición de un espectro Mössbauer generalmente tarda varias horas. Esta restricción debe considerarse especialmente cuando están previstos experimentos dependientes de la temperatura. Elevada temperatura que se aplica durante el experimento provoca modificaciones estructurales en el MGs investigados15. En consecuencia, sólo ex situ los experimentos realizados a temperatura ambiente sobre las muestras que fueron primero recocido a cierta temperatura y volvió a las condiciones ambientales proporcionan resultados fiables.

La evolución de las estructuras de la MG durante el tratamiento térmico se estudia habitualmente por técnicas analíticas que permiten la adquisición rápida de datos como por ejemplo la difracción de rayos x de la radiación de sincrotrón (DSR), calorimetría de barrido (DSC), diferencial o magnético mediciones. Aunque en situ los experimentos son posibles, la información obtenida refiere ya sea estructural (DSR, DSC) o características (magnético de datos magnéticos). Sin embargo, en el caso de DSC (y mediciones magnéticas) no es posible la identificación del tipo de granos (nano) que surgen durante la cristalización. Por otra parte, datos DSR no indican los Estados magnéticos del sistema investigado. Una solución a esta situación es una técnica que hace uso de la interacción hiperfina: NFS de Radiación Sincrotrón16. Pertenece a un grupo de métodos que se aprovecha de dispersión resonancia nuclear procesos17. Debido a la extremadamente alta brillantez de la radiación obtenida de la tercera generación de sincrotrones, temperatura NFS experimentos en situ condiciones se convirtió en factible18,19,20,21 ,22,23.

Espectrometría Mössbauer y NFS se rigen por los mismos principios físicos relacionados con la resonancia nuclear entre niveles de energía de 57núcleos de Fe. Sin embargo, mientras que las exploraciones anteriores hiperfina interacciones en el dominio de la energía, el último proporciona interferograms en el dominio del tiempo. De esta manera, los resultados obtenidos por ambos métodos son equivalentes y complementarios. Para evaluar los datos NFS, debe establecerse un modelo físico razonable. Esta difícil tarea se puede lograr con la ayuda de espectrometría Mössbauer que proporciona la primera estimación. Complementariedad entre estos dos métodos significa que en situ NFS inspecciona los Estados transitorios y espectrometría Mössbauer refleja los Estados estables, es decir la inicial o el estado final de un material estudiado ex situ.

Este artículo describe en aplicaciones de detalle seleccionado de estos dos métodos de resonancias nucleares menos comunes: aquí, los aplicamos a la investigación de las modificaciones estructurales que se dan en un (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1 B14 MG expuesta a tratamiento térmico. Esperamos que este artículo atrae el interés de los investigadores a usar estas técnicas para la investigación de fenómenos similares y con diferentes tipos de materiales.

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Protocol

1. preparación de un MG

Nota: Para demostrar una amplia gama de capacidades de diagnóstico de NFS en combinación con la espectrometría Mössbauer, una apropiada composición de MG fue diseñada, es decir, (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15 (at.%). Este sistema muestra la transición magnética de los ferromagnéticos a estado paramagnético por debajo del inicio de la cristalización. Por otra parte, cristalitos que emergen durante el primer paso de cristalización forman bcc-Fe, fase de Co. Porque sustituye a cobalto hierro de algunas posiciones atómicas del enrejado de bcc, ocurren desviaciones en la interacción hiperfina respectivos.

  1. Preparación del derretimiento
    Nota: Espectrometría Mössbauer y NFS analizar los arreglos atómicos locales a través de la interacción hiperfina de 57núcleos de Fe que están presentes en las muestras investigadas. Abundancia natural de este núclido estable entre todos los isótopos de Fe es, sin embargo sólo el 2.19%. Para disminuir el tiempo de la adquisición de los experimentos en situ NFS, debe aumentarse el contenido relativo de los isótopos de Fe 5750%.
    1. Tomar un crisol de vidrio de cuarzo (forma cilíndrica con un diámetro de 15 mm), cubren sus paredes interiores con nitruro de boro para evitar que se contamine el contenido en Si de las paredes e introduzca g 0,4050 altamente enriquecido 57Fe (~ 95%) y 0,5267 g de estándar electrolítico hierro puro (pureza 99,95%) de este crisol. La masa total de la mezcla de g 0,9317 y garantiza el enriquecimiento isotópico de aprox. 50% 57Fe.
      Nota: Debido al alto precio del isótopo estable 57Fe, optimizar su cantidad a la menor masa posible. Aproximadamente 500 mg de 57Fe debería ser suficiente para el peso total del derretimiento a aproximadamente 1,5 g. Este es el límite tecnológico de los equipos de preparación.
    2. Añadir 0,3245 g de Co electrolítico (99,85%), 0,0184 g de Cu (99,8%), 0,2222 g de Mo (99.95%) y 0,0470 g de B cristalino (99.95%) en el mismo crisol de vidrio de cuarzo. La masa total de la mezcla es de 1,5438 g y la composición prevista del polvo (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15.
    3. Fundir la mezcla obtenida de materiales electrolíticos estándar por calentamiento inductivo en un crisol de vidrio de cuarzo bajo atmósfera de argón (4N8) protectora para evitar la oxidación y utilice un campo de radiofrecuencia de 90-120 kHz.
      Nota: El campo de radio frecuencia asegura la mezcla de los componentes individuales en el crisol. Sus ingresos mezcla más con la ayuda de las corrientes de Foucault cuando se forma un derretimiento. Permitir tiempo suficiente fundir la mezcla de polvo y un líquido. Inspección visual es suficiente, no hay necesidad para medir la temperatura del líquido resultante.
    4. Retire el lingote pequeño obtenido del crisol. Revise visualmente la ocurrencia de cualquier rastro de manchas de escoria en la superficie. Si están presentes, eliminarlos por el pulido mecánico.
  2. Preparación de la muestra en forma de cinta
    1. Use un aparato para el casting de flujo planar. En la figura 1se muestra un ejemplo de tal dispositivo.
      Nota: La fusión dentro de un tubo de cuarzo es expulsada por el flujo de Ar en una amortiguamiento rueda que gira en el aire. No hay necesidad de especiales condiciones atmosféricas bajo las cuales la rueda amortiguamiento es operada (e.g., vacío o gas inerte ambiente) para esta composición del derretimiento.
    2. Debido a la pequeña peso del lingote (~1.5 g), elegir un tubo de cuarzo con una boquilla que tiene un orificio redondo de 0.8 mm de diámetro. Poner el lingote dentro y fundir mediante calentamiento inductivo. Mantener la temperatura del derretimiento a 1.280-1.295 ° C.
    3. Ajustar la velocidad de la superficie de la rueda de enfriamiento a 40 m/s.
    4. Reparto el derretimiento en la rueda giratoria de amortiguamiento bajo condiciones ambientales, es decir, en el aire.
      Nota: La cinta resultante es aproximadamente 1.5-2 mm de ancho, 25-27 μm de espesor y 5 m de largo. El lado aire de la cinta, que fue expuesto durante la producción a la atmósfera de aire circundante, es ópticamente brillante (brillante), mientras que el lado opuesto de la rueda, que estaba en contacto directo con la rueda de amortiguamiento, es mat (opaco). Estas cualidades de cinta sutil resultan de la masa baja del derretimiento. Por lo tanto, es importante verificar la composición química final de la cinta producida como apagada debido a las masas de entrada baja de los elementos individuales.
  3. Verificación de la composición química final de la cinta
    1. Preparar varios (hasta cinco) pedazos cortos de la cinta, cada uno con una masa de unos 0,70 mg. eligió de diferentes partes de la cinta producida a lo largo de su longitud.
    2. Disolver cada pieza de la cinta en 1 mL de concentrado (67%) HNO3 ácido y llénelo con agua hasta 50 mL de volumen total de la solución.
    3. Determinar el contenido de Mo y B por espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Utilice el método de calibración externa como se indica en el manual del instrumento. Registrar las señales en las longitudes de onda siguientes: Mo en 203.844 nm y nm 204,598 y B en 249.773 nm.
    4. Determinar el contenido de Fe, Co y Cu por espectrometría de absorción atómica de llama (F-AAS). Utilice el método de calibración externa, conforme a lo dispuesto en el manual del instrumento y seleccione estas longitudes de onda: Fe en el 248.3 nm, Co a 240,7 nm y Cu a 324.7 nm.
  4. Caracterización estructural de las cintas producidas
    1. Comprobar la naturaleza amorfa de las cintas producidas por la realización de difracción de rayos x (DRX) en geometría de Bragg-Brentano; Utilice el ánodo Cu con una longitud de onda de 0.154056 nm, registro el patrón de difracción de 20-100° de 2Θ con un paso angular de 0,05 ° y adquisición de 20 s para un punto.
      Nota: El difractograma DRX de una muestra amorfa se caracteriza por picos de reflexión amplia como las que se muestran en la figura 2. No estrechas líneas que indican la presencia de cristalitos deben estar presentes.
    2. Preparar pequeños pedazos de las cintas producidas con una masa total de unos 3-5 mg y colocarlos en un crisol de grafito de un equipo DSC.
      Nota: Pequeños trozos de unos 2 mm de longitud pueden cortar de la cinta por tijeras.
    3. Realizar el experimento de DSC con una rampa de temperatura de 10 K/min en un rango de temperatura de 50-700 ° C en atmósfera de Ar.
    4. Determinar la temperatura del inicio de la cristalización Tx1, que se toma en la torcedura del pico más pronunciado de la curva de DSC.
      Nota: La temperatura del inicio de la cristalización Tx1 se indica en la figura 3 por una flecha.
    5. Eligió a cinco temperaturas de recocido que cubren las regiones pre-cristalización y cristalización en el DSC para más ex situ recocido.
      Nota: En nuestro caso, temperaturas adecuadas son 370, 410, 450, 510 y 550 ° C como se muestra en la figura 3.
  5. Ex situ de recocido
    1. Preparar cinco grupos de ~ piezas largas de 7 cm (la longitud total) de la cinta como apagada. Las cintas individuales deben ser al menos de 1 cm de largo.
    2. Ex situ recocido, utilice un horno (figura 4). Establecer la temperatura de destino y esperar 15 minutos para su estabilización.
      Nota: El diseño del horno garantiza tiempos de aparición mínima de recocido isotérmico. Este horno consta de dos partes: superior e inferior alrededor de grandes bloques de cobre niquelados que actúan como un homogeneizador de la temperatura. Tiras de Kanthal A calientan los bloques con alta dinámica de regulación de la temperatura y la estabilización. La temperatura del destino es que se determinó en el paso 1.4.5.
    3. Insertar trozos de la cinta en la zona evacuada y estabilizada térmicamente. Para hacer esto, abrir una brecha de 7-10 mm entre los dos bloques y deslice las cintas directamente en el centro de la zona climatizada.
    4. Cerrar la brecha de inmediato. De esta manera, la temperatura de la muestra alcanza la temperatura del horno en menos de 5 s en una diferencia de 0,1 K.
    5. Realizar el recocido en 370, 410, 450, 510 y 550 ° C durante 30 min bajo vacío para evitar la oxidación de la superficie.
    6. Después de recocer, retire las cintas calientes y colocarlos en un sustrato frío dentro del sistema de vacío. Esto asegura un enfriamiento rápido de las muestras a temperatura ambiente.
      Nota: Tratamiento térmico de las cintas como apagada induce cambios estructurales que conducen finalmente a la cristalización del material originalmente amorfo.

2. métodos de investigación

  1. Espectrometría Mössbauer
    Nota: El uso de hierro enriquecido a cerca del 50% en el 57Fe para producción de magnesio estudiado garantiza tiempos de adquisición suficientemente corta para los experimentos de NFS en situ . Por otro lado, el espesor efectivo de las cintas se aumenta perceptiblemente. Esto plantea cuestiones relacionadas con la gran ampliación de las líneas de absorción Mössbauer espectrales en un experimento de geometría de transmisión convencional. Por esta razón deben considerarse técnicas sensibles superficiales de espectrometría Mössbauer. Es decir, se pueden aplicar espectrometría de Mössbauer de conversión electrónica (CEMS) y espectrometría de Mössbauer de rayos x de conversión (CXMS). Mientras CEMS explora regiones subsuelo a la profundidad de cerca de 200 nm, CXMS proporciona información de áreas más profundas que se extienden a sobre 5-10 μm.
    1. Preparar las muestras para los experimentos CEMS/CXMS; 6-8 piezas de ~ cintas largas de 1 cm para una muestra.
    2. Coloque la cintas de lado a lado en un soporte de aluminio para formar una superficie compacta de acerca de 1 x 1 cm2; Utilice cinta adhesiva sobre los extremos de las cintas; todas las cintas deben colocarse con su lado aire hacia arriba.
      Nota: Asegúrese de que hay un contacto eléctrico entre las cintas y el soporte y que la parte central de la muestra (aproximadamente 8 x 10 mm2) está limpia de cualquier contaminación de la superficie, por ejemplo, restos de la cinta adhesiva.
    3. Inserte el soporte de aluminio con la muestra en el detector CEMS/CXMS.
    4. Antes de la medición, lavar cuidadosamente el volumen del detector interno con una corriente del gas de detección para expulsar todo el aire residual. Permita 10-15 minutos para llevar a cabo este procedimiento.
    5. Ajustar el flujo de gas a través del detector mediante una válvula de aguja de 3 mL/min.
    6. Conecta un alto voltaje para el detector: valor típico es de aproximadamente 1.2 kV para CEMS y cerca de 200 V más alto para CXMS.
    7. Registro de la CEMS y espectros Mössbauer de CXMS utilizando un espectrómetro de aceleración constante, equipado con una fuente radiactiva de Co/Rh de 57. Operar el espectrómetro con un detector de gas a temperatura ambiente según el manual.
    8. Lograr la detección de electrones de conversión y los rayos x por un detector de gas llenado de una + CH4 Ar + CH4 mezcla y gas, respectivamente. Mantenga la cantidad de CH4 a 10% en ambos casos.
    9. Repita los pasos 2.1.2 a 2.1.8 para el lado de la rueda de las cintas investigados.
    10. Realizar calibración de velocidad14 del aparato mediante una fina lámina de α-Fe (12.5 μm).
    11. Evaluar los espectros CEMS/CXMS; citar el isómero obtenido valores de cambio con respecto a un espectro Mössbauer de temperatura de la hoja de calibración α-Fe.
      Nota: Los espectros de Mössbauer obtenidos pueden evaluarse por cualquier código de conexión adecuado, por ejemplo por el Confit software24.
  2. NFS
    1. Realizar los experimentos NFS utilizando una línea adecuada de la resonancia nuclear en un sincrotrón. Una opción posible: ID 18 en la instalación Europea de radiación sincrotrón (ESRF) en Grenoble, Francia. 25
    2. Sintonizar la energía del haz de fotones a 14.413 keV con un ancho de banda de ~ 1 meV.
    3. Coloque una cinta larga de aproximadamente 6 mm del magnesio investigado en un horno de vacío.
    4. Registro el dominio del tiempo NFS patrones durante el continuo calentamiento de la muestra a una temperatura de 700 ° C con una rampa de 10 K/min uso 1-min tiempo intervalos para adquisición de datos experimentales durante el entero en situ proceso de recocido.
      Nota: La geometría de la transmisión de la experiencia NFS asegura que se obtiene información sobre las interacciones de la hiperfina de bulk de la muestra.
    5. Evaluar los datos experimentales del NFS usando un software adecuado (por ejemplo, www.nrixs.com).
      Nota: Durante el experimento uno en situ , se registran típicamente hasta 100 patrones de tiempo dominio NFS. Durante su evaluación por el CONUSS software paquete26,27, considerar la aplicación de un software libre especial llamado a Hubert que puede evaluar las cantidades enormes de datos en un modo semiautomático28.

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Representative Results

El patrón de DRX en la figura 2 presenta picos de difracción rasgos generales. Lo observado reflexiones demuestran que la cinta producida de la (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG es amorfo de DRX.

Debido a su sensibilidad, XRD tiene algunas limitaciones en inauguración cristalización superficial. La presencia de cristalitos que asciende a menos de 2-3% de la MG no es crítica. Así, a veces se utiliza el término 'DRX amorfo'.

La disminución inicial de la DSC registrado en la figura 3 es causada por la relajación estructural del magnesio como apagada, que ocurre durante el tratamiento térmico a temperaturas moderadas de hasta ~ 400 ° C. El siguiente descenso pronunciado de la señal DSC corresponde al primer paso de cristalización. La temperatura del inicio de la cristalización es aproximadamente de 400 ° C con la rampa de 10 K/min. Las temperaturas seleccionadas de recocido se indican con círculos sólidos.

Posiciones bien definidas de los átomos de hierro resonante en un enrejado cristalino, que exhiben simetría de traslación de la orden de largo alcance sobre varias constantes del enrejado, proporcionan estrechas líneas espectrales en los espectros de Mössbauer correspondientes. Cuentan con valores discretos de los parámetros espectrales que son únicos para los arreglos estructurales y, de esta manera, actúan como las huellas dactilares para la identificación de fases cristalinas diferentes.

Por otra parte, posiciones atómicas no equivalente en materiales amorfos desordenados causan ensanchamiento de las líneas espectrales. Por lo tanto, los parámetros espectrales asociados presentan distribuciones de sus respectivos valores. Distribuciones de los parámetros espectrales de la hiperfina proporcionan información sobre la orden de corto alcance, es decir, el arreglo atómico local de los átomos resonantes. Por consiguiente, espectrometría Mössbauer permite la identificación directa del tipo de arreglo estructural, específicamente, cristalino (CR) y amorfo (AM) como se muestra en la figura 5.

Estrechas y amplias de las líneas espectrales se presentan en los espectros de Mössbauer de NCA que se obtienen de MGs por tratamiento térmico. Por otra parte, el tipo de interacción hiperfina incluyendo cuadrupolo (Δ) el partir de un doblete e hiperfina campos magnéticos (B) de un sexteto puede distinguir entre muestras magnéticas y no magnéticas, respectivamente. En el caso de muestras amorfas, se obtienen las correspondientes distribuciones P(Δ) y p (b).

En general, las regiones amorfas en las muestras investigadas pueden ser de origen magnético o paramagnético. Son modelados por la distribución de campos magnéticos de hiperfina p (b) y distribuciones de cuadrupolo partir P(Δ), respectivamente. En nuestro caso, el estado como apagado de (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG es magnético, pero regiones paramagnéticas evolucionan dentro de la matriz magnética después del tratamiento térmico moderado (hasta la aparición de cristalización).

Después del inicio de la cristalización del recién formados nanocrystallites emergen en la matriz amorfa residual. Este último muestra las mismas características que en el estado como apagada, es decir, la presencia de regiones magnéticas y no magnéticas. Además, los átomos que se encuentran en las superficies de la exposición nanograins habían perturbado simetría. De un lado, experimentan un orden perfecto de un enrejado cristalino; desde el otro lado están en contacto con la matriz amorfa desordenada. Por consiguiente, estos átomos forman a una especie de interfaz entre el resto amorfo y los cristalitos. Así, fueron modelados por una distribución adicional de los campos magnéticos de hiperfina p (b) porque este componente es altamente magnético29.

La instalación de software24 construye las distribuciones como circunvolución del Sexteto determinante o doblete de líneas Lorentz (con un ancho de línea de Mössbauer de 0.195 mm/s) con Gaussianas. Hemos utilizado hasta tres Gaussianas para explicar la asimetría observada de los espectros. Cambio de isómero, hiperfina magnéticos, o división del cuadrupolo así como el área del Sexteto determinante o doblete fueron parámetros equipados. Intensidades de línea de 2nd y las 5 líneas deth de los Sextetos fueron cabidas y la relación de intensidad de la línea de las líneas (1+6):(3+4) fue fijada a 3:1. Se ajustaron las anchuras (desviaciones estándar) de las distribuciones individuales de Gauss.

En todos los espectros de Mössbauer, la presencia de sólo magnéticamente split observó componentes cristalinos. Ellos fueron cabidos con los Sextetos de Lorentzian líneas. Los parámetros equipados incluyen cambio de isómero, hiperfina magnéticos, ancho de línea, intensidad de la 2nd y las 5 líneas deth y el área del componente. Relación de intensidad de línea de las líneas (1+6):(3+4) fue fijada a 3:1.

En algunos espectros, fueron utilizados como seis sextetos individuales. Aquí, dos sextetos fueron asignados a los óxidos magnéticos. Hemos utilizado hasta cuatro sextetos para representar el recién formado nanograins en las muestras recocidas. La correspondiente fase cristalina es bcc-Fe, Co, en el cual Co reemplaza Fe en algunos sitios del enrejado. Teniendo en cuenta la distribución binomial del número más probable de Co vecinos más cercanos, hasta cuatro sextetos fueron utilizados para modelar esta situación depende también el contenido cristalino total en las muestras individuales de recocido.

Espectros CEMS procedentes de las regiones cercanas de la superficie (a la profundidad de cerca de 200 nanómetro) reflejan el arreglo estructural que fue inducido por un recocido de 30 min a la temperatura seleccionada. Espectros CEMS procedentes de los lados de aire y la rueda de las cintas a temperatura ambiente se muestran en la figura 6.

Espectros CXMS que ilustran el arreglo estructural de la MG, investigado en regiones más profundas del subsuelo (abajo a unos 5-10 μm) se muestran en la figura 7.

Las áreas relativas de componentes espectrales correspondientes a fases cristalinas se trazan en función de recocido temperatura en la figura 8 como derivados de ambos métodos.

Bien diferenciadas líneas estrechas de Mössbauer en figura 6 y figura 7 indican la formación de bcc-Fe, granos cristalinos de Co que aparecen después de recocer a 410 ° C. Con la creciente temperatura de recocido, su cantidad aumenta progresivamente como se muestra en la figura 8. Se identifican en cerca de capas superficiales por CEMS, así como en regiones más profundas por CXMS.

Rastros de Mössbauer estrechas líneas se revelan también después de la baja temperatura de recocido e incluso en el estado como apagada, es decir, en la rueda de lado (ver figura 6b y figura 7b). Pertenecen a óxidos de Fe de los productos de corrosión. Durante el proceso de producción, algunos aire húmedo está atrapado entre el derretimiento y el amortiguamiento de la rueda. Inmediatamente, la humedad se evapora y forma burbujas de aire dentro de la cual puede iniciarse la corrosión. La señal de Mössbauer de este componente es muy débil y después de recocido a altas temperaturas es superpuesto con el de la Fe bcc emergente, Co nanocristales. Es de destacar que la identificación de los productos de corrosión fue posible principalmente debido al alto contenido de 57Fe en estas muestras. Debe utilizarse un hierro natural para su producción, no se hubiera detectado este componente espectral. En este sentido, espectrometría Mössbauer es más sensible para la identificación de fases cristalinas que contienen hierro que por ejemplo, XRD.

Cabe señalar que líneas estrechas de Mössbauer, que indican una presencia de nanocrystallites, distinguen bien después de recocer a 410 ° C. Sin embargo, los rastros de estas líneas se revelan también después de recocer a 370 ° C, que es una temperatura más baja que Tx1 sugerido por DSC. Son más pronunciadas en el lado de aire donde las condiciones de enfriamiento no son tan efectivas como en el lado de la rueda. Por lo tanto, la cristalización ha comenzado en esta superficie de las cintas.

Espectros Mössbauer del bcc-Fe, fase cristalina Co fueron evaluadas utilizando cuatro sextetos estrechas marcadas como Co0, Co1, Co2 y Co3. Representan posiciones de Fe con cero, uno, dos y tres Co más cercano a vecinos, correspondientemente. Los campos magnéticos de hiperfina obtenidos se muestran en la figura 9. Con el aumento del número de átomos de Co, aumentan los campos magnéticos de hiperfina en sitios de Fe. Ellos fueron hechas un promedio sobre todas las temperaturas de recocido para métodos individuales, es decir, CEMS y CXMS aplicado a ambos lados de las cintas. Finalmente, se obtuvo el promedio de los cuatro valores parciales. Los resultante hiperfina los campos magnéticos se trazan en la Figura 9a.

La evolución de los campos magnéticos de hiperfina, que corresponden a un número diferente de Co vecinos más cercanos, se grafica en la Figura 9b contra la temperatura de recocido. Ellos están dispersos alrededor de los valores promedio tomados de la Figura 9a. Se observan desviaciones notables para Co0 y Co2 a bajas temperaturas de recocido. Cabe destacar que el componente de Co2 ha aparecido incluso después de recocer a 370 ° C. Esto indica Fe bcc, Co nanocristales comienzan a crecer ya a esa temperatura. Los campos magnéticos de hiperfina asociados difieren de la media debido principalmente a los efectos de tamaño de los granos recién formados. Este componente espectral fue identificado como el único debido a su mayor probabilidad en una distribución binomial.

Después de recocer a 410 ° C, la cristalización en la superficie de la cinta está bien documentada (ver también figura 8). Los componentes espectrales correspondientes muestran los campos magnéticos estables hiperfina excepto uno - Co0. Posiciones de fe con cero Co vecinos más cercanos sólo comienzan a aparecer ya que su probabilidad es relativamente baja (probabilidad de Co0 es 0.09 mientras que el del Co2 es 0.31). En consecuencia, sus valores de campo magnético de la hiperfina también se ven afectados.

Ex situ Espectrometría Mössbauer es un método adecuado para identificar el tipo de fases cristalina producida por tratamiento térmico de un MG como apagada. Por otra parte, debido a las puntas de prueba la interacción hiperfina puede distinguir entre sitios del enrejado con un número diferente de átomos de sustitución.

Dispersión de resonancia nuclear puede lograrse eficazmente con radiación de sincrotrón con gran brillantez y energía ajustable30. La elección de la energía apropiada que coincide con la separación de los niveles nucleares en el 57Fe permite la participación de NFS para muchos estudios experimentales en la investigación de materiales31. De hecho, esta técnica puede considerarse análoga al de espectrometría Mössbauer32.

Pulsos de radiación de sincrotrón con una duración típica de ~ 50 ps proporcionan fotones con un ancho de banda de varios meV. Debido a interacción hiperfina es del orden de varios neV, tal pulso excita simultáneamente todas las posibles transiciones entre los niveles nucleares. Consiguiente deexcitation fotones son coherentes e interfieran uno con el otro. En cambio, en espectrometría Mössbauer convencional excitación y deexcitation son activadas secuencialmente la energía única de fotones de una fuente radiactiva es modulada por el efecto Doppler de la energía requerida. La interferencia de fotones se dibuja esquemáticamente en la figura 10.

Patrones de tiempo dominio NFS representan parcelas del número de fotones emitidos por la muestra en función de un tiempo de retraso. Este último es un tiempo transcurrido de la excitación de niveles nucleares con un pulso de radiación de sincrotrón hasta la detección de estos 'retrasado' fotones.

Dependiendo de la temperatura de medición, se pueden distinguir tres regiones de temperatura separados. En consecuencia, hemos empleado tres modelos que toman en consideración la evolución de la temperatura de la interacción hiperfina de montaje y acompañando las transformaciones estructurales dentro de las regiones de temperatura individual.

En la primera región que cuenta con las bajas temperaturas hasta el punto de Curie, el MG investigado es amorfo y exhibe interacciones magnéticas. El correspondiente modelo físico consistió en dos distribuciones de campos magnéticos de hiperfina. Fueron asignados a dos tipos de disposiciones de orden de corto alcance (SRO) que representan las regiones amorfas con algo alto (~ 22 T) y bajo (~ 8 T) promedio de los campos magnéticos hiperfina (a temperatura ambiente). Valores de los campos magnéticos de hiperfina promedio correspondientes a ambas distribuciones se ajustaron. Contribuciones relativas de ambos componentes fueron cabidas en el patrón de dominio de tiempo NFS, que grabó a temperatura ambiente. Para aumentar la temperatura de los experimentos en situ , su proporción relativa se mantuvo fijo.

En el segundo, es decir, la región de temperatura intermedia entre el punto de Curie y el inicio de la primera cristalización, el MG investigado es aún amorfo pero ya paramagnético. La estructura resultante es modelada por una distribución única de la división del cuadrupolo. Por lo tanto, sólo su valor medio fue cabido.

Después del inicio de la primera cristalización, es decir, en la región de alta temperatura, la formación de Fe bcc, Co nanograins comienza. Están incrustados en una matriz amorfa residual que es paramagnético debido a la temperatura considerablemente alta del experimento. En consecuencia, el tercer modelo de ajuste consistió en una distribución de cuadrupolo partir que fue el mismo que en el caso anterior. La presencia de nanograins fue explicada por los cuatro componentes magnéticos adicionales con valores únicos de la hiperfina campos magnéticos (es decir, no distribuido). Sus fracciones relativa se derivan de una distribución binomial de la Co similares como en el caso de la espectrometría Mössbauer convencional de vecinos más cercanos. La contribución de otros cristalitos no fue identificada en la mayor parte de la muestra, y por qué no componentes magnéticos adicionales eran necesarios. Los parámetros equipados incluyen la contribución relativa de la fase nanocristalina y la matriz amorfa residual, el desdoblamiento cuadrupolar promedio de esta última fase y cuatro valores de los campos magnéticos hiperfina asignados al individuo cristalográfico sitios. Las evoluciones de temperatura obtenidos de los parámetros equipadas se presentan cifras separados por debajo de las tres regiones.

Antes de evaluar los datos experimentales, se suman cinco puntos adyacentes para aumentar la intensidad de contado y por lo tanto, mejorar la relación señal a ruido. Teniendo en cuenta que el tiempo de resolución del avalancha utiliza foto diodo detector es mayor que 0.1 ns, dicho tratamiento de datos causado disminución de resolución del detector a aproximadamente 0.5 ns, que es aún satisfactoria para la determinación de los parámetros de la hiperfina. Además, el detector utilizado objetos expuestos tasa de contaje de fondo despreciable en comparación con la señal NFS. Por lo tanto, el parámetro de fondo se mantuvo en cero durante el procedimiento de evaluación.

Los experimentos NFS se realizaron durante el continuo aumento de la temperatura que fue subiendo a un ritmo de 10 K/min. La adquisición de los datos también era continuo, y los patrones de tiempo dominio NFS se almacenaban al final de cada minuto. Durante un experimento, se tomaron varias decenas de registros de dominio de tiempo individuales de NFS. De esta manera, un progreso de las transformaciones estructurales que están teniendo lugar en el grueso entero del magnesio investigado puede ser seguido en situ en relación con el tiempo y/o la temperatura.

Ejemplos de patrones de tiempo dominio NFS individuales se muestran en la figura 11 donde se dan los datos experimentales (puntos completos con errores) y teóricamente calculadas curvas (líneas sólidas). Esta última se evaluaron mediante modelos apropiados diferentes para intervalos de temperatura distintos como se describe anteriormente. Tenga en cuenta que los ejes están en escala logarítmica. Así, incluso pequeñas desviaciones entre los puntos experimentales y las curvas de la teóricamente calculadas se mejoran visualmente. Sin embargo, debido a las cuentas bastante bajas especialmente en las regiones de tiempo diferido más largo, donde también ocurren algunas diferencias, su efecto sobre la resultante interacción hiperfina es insignificante.

Todos los patrones NFS se presentan en la figura 12 de trama de contorno. Tiempo retrasado de fotones dispersos resonantly constituye la abscisa, y la temperatura de la calefacción durante la adquisición de experiencia de datos NFS se da en el eje y. Las intensidades de los registros están codificados por colores en escala logarítmica.

Desviaciones evidentes en las formas de registros NFS en la figura 11 y figura 12 indican claramente cambios en la interacción hiperfina observado en ciertas temperaturas. La temperatura de Curie TC corresponde a la transición ferromagnético paramagnético acuerdo del magnesio estudiado. Es una transición de fase de segundo orden. Desde un punto de vista estructural, sin embargo, el sistema es aún amorfo.

Un cambio drástico en las formas de registros de dominio de tiempo NFS en Tx1 se relaciona con el inicio de la cristalización cuando nanocrystallites emergen de la matriz amorfa. Esta transformación estructural es acompañada por la aparición de interacciones magnéticas hiperfina. Se establecen entre la Fe bcc recién formada, Co nanograins. Incluso con la temperatura de levantamiento del experimento, sobrevive el orden ferromagnético.

La evolución de los campos magnéticos hiperfina en los nanocristales y su cantidad relativa con la temperatura se muestran en la figura 13a y figura 13b, respectivamente. Tenga en cuenta que debido a la alta sensibilidad del NFS, la presencia de un número diferente de átomos de Co que se incorporan en el enrejado de bcc como vecinos más cercanos de los átomos de Fe se distinguen por diferencias en sus campos magnéticos de hiperfina. Se denota como Co0 a Co3 en la figura 13 y corresponde a cero, uno, dos y tres Co vecinos más cercanos.

Valores más pequeños de hiperfina los campos magnéticos que se observan en la figura 13a al principio de cristalización son debido al efecto del tamaño de granos cristalinos en evolución. Su entramado adquiere poco a poco su orden final que también determina los correspondientes campos magnéticos de hiperfina. Después de alcanzar la temperatura de aproximadamente 500 ° C, este último se estabiliza y sus valores se rigen exclusivamente por las variaciones de temperatura. El lento descenso casi imperceptible de los campos magnéticos hiperfina con aumento de la temperatura del experimento sugiere un valor bastante alto de la temperatura de Curie de la fase cristalina recién formada.

Aumenta progresivamente el número de nanocristales para T > Tx1 como se muestra en la figura 13b. También se muestra la evolución de la temperatura de los componentes de la instalación individual. En este caso, el tamaño de los símbolos es mayor que el rango de error correspondiente. Es de destacar que los componentes denotados como Co0 y Co3 muestran valores muy similares. Esto es causado por las bajas probabilidades de Co cero y tres vecinos más cercanos como derivado de la distribución binomial asociada.

El desarrollo de la temperatura de hiperfina magnético y cuadrupolo eléctrico interacciones dentro de la matriz amorfa se demuestra en la figura 14. En la región de baja temperatura donde T < TC, una temperatura esperada por disminución de la hiperfina campos de ambos componentes de la evaluación se observa en la figura 14a. Aquí, el modelo de montaje consta de dos distribuciones de campos magnéticos de hiperfina.

El magnesio todo es amorfo, aunque no magnético, hasta el inicio de la cristalización en Tx1. Después de eso, emergen de los granos de nanocrystalline pero la matriz amorfa residual es todavía no magnético. En consecuencia, la parte amorfa de la aleación es reproducida por una distribución de la división del cuadrupolo y los valores promedio obtenidos se trazan en la figura 14b contra temperatura. Un cambio brusco en este parámetro se ve cerca de Tx1. Este último se determinó como un punto de inflexión de la curva.

En la figura 15se muestra la evolución del número total de cuentas (áreas) de los patrones individuales de dominio de tiempo NFS con respecto a la temperatura del experimento NFS en situ . Puede ser utilizado para la caracterización del sistema investigado incluso sin necesidad de una evaluación precisa de los parámetros individuales. Pueden identificarse tres regiones bien distinguidas. Están separados por característica temperaturas TC y Tx1. Tenga en cuenta que en TC, la señal NFS casi ha desaparecido.

La disminución inicial de la cuenta total para TC refleja la reducción de la temperatura de los campos magnéticos hiperfina en la fase amorfa. En consecuencia, el sexteto originalmente bien resuelto, que se observa en el dominio de la energía, finalmente se derrumba a TC a mal resuelto amplia línea señal, es decir, cuando la interacción magnética dipolar desaparece completamente. En el dominio del tiempo, los fotones absorbidos y emitidos volver a interfieran después del pulso de excitación. Porque la energía y los dominios de tiempo están acoplados a través de la transformación de Fourier, se deben considerar algunas consecuencias. Por ejemplo, las líneas maestras en el dominio de la energía están representadas por rápidamente que se decae la señal en el dominio del tiempo y viceversa. Por lo tanto, a TC se aprieta la señal en un intervalo de tiempo muy estrecho justo después del pulso de excitación, como lo demuestra el patrón superior en la Figura 11b. Aquí, los datos experimentales relevantes se ven solamente durante los primeros 40 ns. La posible evolución de la señal por más tiempo se documenta sólo con la curva calculada teóricamente.

Cabe señalar que todos los patrones de dominio de tiempo empiezan a sólo 20 ns después del pulso de excitación. Esto es debido al número extremadamente alto de símbolo del sistema y fotones retardadas que podrían dañar seriamente los detectores usados. Es decir por qué los detectores están bloqueados electrónicamente y no registra los fotones entrantes durante la inicial 20 ns. Sin embargo, después de la transición en el estado paramagnético, la interacción hiperfina cualitativamente nuevo emerge que ofrecen líneas más estrechas en el dominio de la energía y, por lo tanto, la señal correspondiente del dominio del tiempo se descompone más lentamente. Como resultado, quantum establecido patrones beat aparecen como se muestra en el modelo inferior en la Figura 11b y ha aumentado el número total de cuentas en la figura 15 .

La caída posterior de cuentas (es decir, después de Tx1) se puede atribuir principalmente a la formación de nanocrystallites que son fuertemente ferromagnético con interacción magnética dipolar. El dominio de tiempo correspondiente patrones son representados por muchos ritmos de alta frecuencia que, sin embargo, abarcan un área más baja que los de una fase todavía parcialmente amorfa (ver figura 11 c).

Después de alcanzar la temperatura de destino de los 700 ° C, el experimento NFS continuó con permanencia de tiempo 10 min a esta temperatura y enfriamiento posterior. Los patrones registrados de dominio del tiempo se muestran en la figura 16 con respecto a la hora del experimento. Dentro de la región isotérmica, la forma de los patrones de tiempo dominio NFS no cambia sustancialmente. Se observa sólo un aumento moderado en la intensidad de algunos picos. Esto se atribuye a la evolución de los granos cristalinos que crecen con el tiempo. Por lo tanto, su correspondiente interacción hiperfina aumentando en intensidad, que se ve claramente en la región isotérmica en la figura 16.

Durante el enfriamiento, los picos NFS hacia sus posiciones finales que se espera que a temperatura ambiente. Al mismo tiempo, sus intensidades también subida debido al incremento en la probabilidad de que el efecto de resonancia con la disminución de temperatura. Estos cambios pueden verse después de 10 minth del experimento en la mitad superior de la figura 16 (es decir, la región de enfriamiento).

Figure 1
Figura 1: aparato para el casting de flujo planar. (a) diagrama esquemático diagrama y (b) foto de un dispositivo real. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: DRX de la apagó como (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Reflexiones de rasgos generales indican que la cinta es DRX amorfo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Registro de DSC de la apagó como (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Círculos sólidos indican las temperaturas previstas de recocido; la temperatura del inicio de la cristalización Tx1 está marcada con la flecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: aparato para ex situ tratamiento térmico de las cintas de cristal metálico apagado como. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: espectros Mössbauer modelo. Cristalino (CR) materiales exhiben estrechas líneas de Mössbauer (izquierda) que proporcionan valores discretos de la interacción hiperfina (derecha). Materiales amorfos (AM) se caracterizan por grandes líneas (medio) y distribuciones de P(Δ) no magnético y p (b) hiperfina interacciones magnéticas. Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Espectros CEMS del (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Los espectros fueron tomados de (un) el aire y (b) la rueda de las cintas de recocido a la temperatura indicada (q = como apagada). Mössbauer las líneas espectrales correspondientes a fases cristalinas se trazan en azul (bcc-Fe, Co) y verde (óxidos de Fe). Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7: Espectro CXMS de la (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Los espectros fueron tomados de (un) el aire y (b) la rueda de las cintas de recocido a la temperatura indicada (q = como apagada). Mössbauer las líneas espectrales correspondientes a fases cristalinas se trazan en azul (bcc-Fe, Co) y verde (óxidos de Fe). Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8: áreas relativa de la componentes espectrales se trazan contra la temperatura de recocido de Mössbauer. Componentes corresponden a óxidos de Fe (círculos) y bcc-Fe, Co (cuadrados). Eran espectros (b) CXMS del (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 cristal metálico tomadas desde el aire (símbolos completos) y rueda (símbolos abiertos) lados de las cintas (y CEMS derivado de (un) q = como apagada). Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9: los campos magnéticos hiperfina del componente cristalino. Los campos magnéticos hiperfina obtenidos de CEMS (símbolos de rojo) y CXMS (símbolos azules) los espectros de la (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B conspiraron contra (un) número de vecinos más cercanos de Co en una bcc enrejado y (b) la temperatura de recocido. Espectros fueron tomados desde el lado aire (símbolos completos) y rueda (símbolos abiertos). Valores medios de los campos de la hiperfina son trazar símbolos verdes y discontinuas las líneas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 10
Figura 10: comparación de los espectros de Mössbauer y NFS dominio del tiempo patrones. Grabación secuencial de transiciones nucleares entre split da (media) de los niveles nucleares lugar a espectros de Mössbauer (izquierda) en el dominio de la energía. Durante la excitación simultánea por un solo pulso de radiación de sincrotrón del incidente, los fotones subsiguiente la excitación de diferentes energías interfieran y proporcionan un patrón de dominio de tiempo NFS (derecha). También se comparó el efecto de la interacción hiperfina magnéticas y no magnéticas. Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 11
Figura 11: Ejemplos de patrones de tiempo dominio NFS seleccionados del (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Datos experimentales trazados símbolos completos (incluyendo el rango de error) son refinados por teóricamente calculadas curvas (líneas sólidas). Datos NFS se tomaron las temperaturas indicadas y abarcan rangos de temperatura diferentes: (a) por debajo del punto de Curie, (b) entre el punto de Curie y el inicio de la cristalización y (c) más allá del inicio de la cristalización. Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 12
Figura 12: Diagrama de contorno de los patrones de dominio de tiempo NFS de la (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 cristal metálico durante en situ experimento temperatura. Temperaturas de transición como el punto de Curie (TC) y el inicio de la cristalización (Tx1) dividen la gama de temperaturas entera en tres intervalos distinguidos. Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 13
Figura 13: NFS en situ el experimento en el (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Parámetros de los patrones de dominio de tiempo que corresponden a la fase cristalina se trazan contra la temperatura de medición: (a) los campos magnéticos hiperfina y (b) relativo de sitios atómicos específicos en bcc-Fe, enrejado de Co con 0 , 1, 2 y 3 Co más cercano de los vecinos de los átomos de Fe. Esta figura ha sido modificada desde [21] con el permiso de las sociedades de la titular de PCCP. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 14
Figura 14: NFS en situ el experimento en el (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Parámetros hiperfina de la matriz amorfa residual trazan contra la temperatura de medición: (a) promedio hiperfina los campos magnéticos y (b) División de cuadrupolo promedio. Los parámetros fueron refinados por modelos adaptador específico para las regiones de diferente temperatura. Temperatura del inicio de la cristalización (Tx1) está marcado con una flecha. Esta figura ha sido modificada desde [23]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 15
Figura 15: NFS en situ el experimento en el (Fe2.85Co1)77Mo8cristal metálico de14 Cu1B. Área total de patrones de tiempo dominio NFS trazada contra la temperatura de medición. Transiciones de temperatura distinguidos son marcadas con TC (punto de Curie) y Tx1 (inicio de la cristalización) y marcadas con las flechas. © 2017 Marcel B. Miglierini y Vit Procházka adaptado de ref. [22]; Originalmente publicado bajo CC BY-NC 4.0 licencia. Disponible desde: DOI: 10.5772/66869. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 16
Figura 16: Diagrama de contorno de los patrones de dominio de tiempo NFS de la (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 cristal metálico después de calefacción temperatura. Patrones de tiempo dominio NFS se registraron durante una permanencia de 10 minutos después de llegar a la temperatura de destino de los 700 ° C y el enfriamiento consiguiente. Tenga en cuenta la coordenada y que es el tiempo del experimento. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Ex situ Experimentos de efecto Mössbauer describen una situación estable que se encuentra en el magnesio investigado después del tratamiento térmico aplicado. Cada espectro se recolectó por un período de varias horas a temperatura ambiente. Así, se siguió la evolución de la estructura originalmente amorfa en función de las condiciones de recocido. Porque espectrometría Mössbauer es sensible a la interacción hiperfina actúan sobre los núcleos resonantes, débiles detalles de modificaciones estructurales o magnéticas inducidas por la temperatura elevada pueden ser revelados. Sin embargo, las muestras investigadas son examinadas bajo condiciones ambientales ya terminada la influencia de las condiciones temporalmente cambiantes (p. ej., aumento de la temperatura).

In situ Experimentos NFS examinan el magnesio estudiado en el modo dinámico durante su exposición a diferentes temperaturas. Esto abre una visión cualitativamente nueva en el comportamiento del sistema de interés, un MG en este caso. Es de destacar que los datos NFS se adquieren dentro de un minuto. Esto permite la inspección en tiempo real de la evolución de la interacción hiperfina. Esto es casi imposible por espectrometría Mössbauer convencional. Debemos admitir, sin embargo, que los parámetros obtenidos son promediados sobre intervalos de un minuto durante el cual se registran los datos. Sin embargo, posibles variaciones en los parámetros individuales durante tan poco tiempo pueden considerarse insignificantes.

Espectrometría Mössbauer y NFS sondeo locales barrios de átomos resonantes de Fe a través de la interacción hiperfina. En consecuencia, el arreglo estructural y magnética microestructura existe información simultáneamente. Esto es especialmente importante cuando se investigan sistemas complejos como el NCA. Como hemos demostrado, es posible no sólo para seguir transición magnética de ferromagnético paramagnético acuerdo sino también consecuente transformación estructural, es decir, cristalización. La formación de nanograins puede ser inspeccionada en las condiciones estable y transitorias. Por otra parte, también es factible su identificación con caracterización detallada de los sitios del enrejado individual con número variable de átomos extranjeros en una estructura bcc.

Ex situ de los experimentos llevados a cabo por la espectroscopia Mossbauer convencional proporcionan información sobre Estados de equilibrio del material incluyendo Estados estables y metaestables. Esto significa que podemos investigar los arreglos locales estructurales como magnéticos en el material inicial (como apagado) y en el producto final, también. El último es obtenido por nanocrystallization del anterior después del tratamiento térmico adecuado pero medido a las condiciones ambientales. Sin embargo, ex situ espectrometría Mössbauer proporciona información en el dominio de la energía. Así, los espectros obtenidos están directamente relacionados con el estado del material investigado y más conveniente para la evaluación e interpretación.

Por otro lado, en situ NFS enfoque es adecuado para la investigación de procesos transitorios que se producen durante las transformaciones de fase. Porque la información en el arreglo del material es codificada en quantum pulsaciones registradas en el dominio del tiempo, la evaluación de patrones NFS es una tarea difícil. Pueden resolverse mediante el uso apropiado de los resultados obtenidos ex situ los experimentos efecto Mössbauer. Así, la combinación de ambos métodos permite la inspección de los Estados transitorios como constantes del sistema investigado.

Ambas técnicas son complementarias desde el punto de vista de los resultados obtenidos, así como las condiciones bajo las cuales se lograron. La experiencia obtenida efectivamente utilizable también en estudios de otros temas que se asocian a transiciones estructurales o magnéticas. Como ejemplo típico, la existencia de fases intermedias en el estado de Valencia del hierro en la reducción de estado sólido de Fe(VI) a los óxidos de fe (III) durante el tratamiento de temperatura puede ser mencionado33.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por el eslovaco Agencia de investigación y desarrollo de los contratos no. APVV-16-0079 y APVV-15-0621, otorga VEGA 1/0182/16 y VEGA 2/0082/17 y la concesión IGA interna de la Universidad de Palacký (IGA_PrF_2018_002). Agradecemos a R. Rüffer (ESRF, Grenoble) para obtener ayuda con los experimentos de sincrotrón.

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

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Ingeniería número 136 espectrometría Mössbauer dispersión hacia delante radiación del sincrotrón vidrios metálicos transformación estructural cristalización hiperfina interacciones nuclear
Métodos <em>Ex Situ</em> e <em>In Situ</em> las investigaciones de las transformaciones estructurales: el caso de la cristalización de vidrios metálicos
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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).

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