مطالعه سینتیک تبلور در فرایند نانوبلورین شدن آلیاژ فاینمت

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد اسلام شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلام شهر، ایران

2 پژوهشکده علوم و فناوری نانو، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش سینتیک تبلور نانودانه ها در آلیاژ آمورف فاینمت در شرایط گرم کردن پیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور کالری متری تفاضلی روبشی در سرعت گرم کردن های مختلف روی نمونه های آمورف انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که تبلور فاز آهن آلفا از حوالی دمای 450 درجه سانتی گراد شروع می شود. نتایج پراش اشعه ایکس ضمن تایید این نتایج اندازه نانوبلورهای تشکیل شده برای نمونه های آنیل شده در دماهای 450 و 550 درجه سانتی گراد به ترتیب 12 و 19 نانومتر نشان میدهد. بر اساس نتایج بدست آمده از کالری متری، انرژی اکتیواسیون متغیر واکنش با استفاده از روش ایزوکانورژنال پیشرفته ویازوکین محاسبه شد. مقادیر محاسبه شده نشان می دهد که انرژی اکتیواسیون تبلور در آلیاژ فاینمت با پیشرفت واکنش تغییر می کند و از 290 به 390 کیلوژول بر مول افزایش می یابد. تغییر انرژی اکتیواسیون با پیشرفت تحول نشان دهنده پیچیدگی و چند مرحله ای بودن واکنش نانوبلورین شدن است. محاسبه مدل واکنش بر اساس نتایج تجربی نشان می دهد که تحول نانوبلورین شدن به هیچ از مدل‌های تئوری منطبق نمی شود، ولی به مدل رشد سه بعدی کنترل شونده با فصل مشترک نزدیکتر از سایر مدل ها است. شکل کروی و هم محور نانودانه ها بر اساس نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری این نتایج را تایید می کند.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Kinetics of nanocrystallization inFinemet alloy

نویسندگان [English]

  • H. Asghari Shivaee 1 2
  • H.R. Madaah Hosseini 2 3
1 Department of Engineering, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
2 Department of Engineering, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
3 Institute for Nanoscience and Nanotechnology, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the kinetics of nanocrystallization of amorphous Finemet alloys is investigated under non-isothermal condition. In order to estimate kinetic parameters, differential scanning calorimetric analyses of the amorphous samples were performed at various heating rates. This results show that crystallization of α-Fe phase starts at around 450 ̊C. X-ray diffraction pattern samples confirm these results. According to the XRD results, crystallite size of the sample annealed at 450 ̊C and 550 ̊C were 12 nm and 19 nm, respectively. Variable activation energy of crystallization was calculated, based on differential scanning calorimetric results and according to Vyazovkin advanced isoconversional method. Results show that, the activation energy is variable as a function of transformed fraction and increases from 290 to 390 kJ mol-1. Variation of activation energy confirms the complexity of nanocrystallization process. Numerical reconstruction of the reaction model using experimental data showed that nanocrystallization mechanism could not be described with a single theoretical model. But it is closer to three dimensional phase boundary reaction mechanism. Rrounded and isotropic crystallites observed on the TEM images confirmed these results.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Isoconversional kinetics
  • Solid state reaction
  • Nanocrystalline
  • Amorphous
  • Finemet
A.S.Bolyachkina,S.V.Komogortsev,“Power-lawbehaviorofcoercivityinnanocrystallinemagneticalloyswithgrain-sizedistribution,”ScriptaMaterialia,152,55-58,2018.[2]Y.Wang,Y.Zhang,A.Takeuchi,A.Makino,Y.Kawazoe,“InvestigationonthecrystallizationmechanismdifferencebetweenFINEMET®andNANOMET®typeFe-basedsoftmagneticamorphousalloys,”JournalofAppliedPhysics,120,145102(1)-145102(6),2016.[3]M.I.Oshtrakh,Z.Klencsar,V.A.Semionkin,E.Kuzmann,Z.Homonnay,L.K.Varga,“AnnealedFINEMETribbons:Structureandmagneticanisotropyasrevealedbythehighvelocityresolutionmossbauerspectroscopy,”MaterialsChemistryandPhysics,180,66-74,2016.[4]J.A.Moya,“ImprovingsoftmagneticpropertiesinFINEMET-likealloys.Astudy,”JournalofMagnetismandMagneticMaterials,622,635-639,2015.[5]M.Willard,M.Daniil,“Nanocrystallinesoftmagneticalloys-twodecadesofprogress,”Elsevier,173-342,2013.[6]G.Herzer,“Softmagneticmaterialsnanocrystallinealloys,”Johnwiley&SonsInc.,1-27,2007.[7]T.Gheiratmand,H.R.MadaahHosseini,“Finemetnanocrystallinesoftmagneticalloy:Investigationofglassformingability,crystallizationmechanism,productiontechniques,magneticsoftnessandtheeffectofreplacingthemainconstituentsbyotherelements,”JournalofMagnetismandMagneticMaterials,408,177-192,2016.[8]M.T.Clavaguera-Mora,N.Clavaguera,D.Crespo,T.Pradell,“Crystallisationkineticsandmicrostructuredevelopmentinmetallicsystems,”ProgressinMaterialsScience,47,559-619,2002.شکل5:مدلآزمایشگاهیتحولمحاسبهشدهبراساسنتایجتجربیوبرخیازمدلهایتئورینزدیکبهآنششمسال|دومشماره|۱۳۹8تابستان59[9]H.A.Shivaee,A.Castellero,P.Rizzi1,P.Tiberto,H.R.MadaahHosseini,M.Baricco,“Effectsofchemicalcompositiononnanocrystallizationkinetics,microstructureandmagneticpropertiesofFinemet-typeamorphousalloys,”MetalsandMaterialsInternational,19,643-649,2013.[10]A.Kolano-Burian,P.Wlodarczyk,L.Hawelek,R.Kolano,M.Polak,P.Zackiewicz,L.Temleitner,“ImpactofcobaltcontentonthecrystallizationpatternintheFinemet-typeribbons,”JournalofAlloysandCompounds,615,S203-S207,2014.[11]W.Lu,B.Yan,W.Huang,“ComplexprimarycrystallizationkineticsofamorphousFinemetalloy,”JournalofNon-CrystallineSolids,351,3320-3324,2005.[12]W.Lu,L.Yang,B.Yan,W.Huang,“NanocrystallizationkineticsofamorphousFe73.5Cu1Nb3Si13.5B9alloy,”JournalofAlloysandCompounds,420,186-192,2006.[13]Z.Xie,Z.Wang,Y.Han,F.Han,“InfluenceofGeoncrystallizationkinetics,microstructureandhigh-temperaturemagneticpropertiesofSi-richnanocrystallineFeAlSiBCuNbGealloy,”JournalofNon-CrystallineSolids,463,1-5,2017.[14]Z.Zheng,G.Zhao,L.Xu,L.Wang,B.Yan,“InfluenceofNiadditiononnanocrystallizationkineticsofFeCo-basedamorphousalloys,”JournalofNon-CrystallineSolids,434,23-27,2016.[15]A.Pratap,T.LillyShankerRao,K.N.Lad,H.D.Dhurandhar,“Isoconversionalvs.modelfittingmethods.AcasestudyofcrystallizationkineticsofaFe-basedmetallicglass”JournalofThermalAnalysisandCalorimetry,89,399-405,2007.[16]S.Vyazovkin,“Evaluationofactivationenergyofthermallystimulatedsolid-statereactionsunderarbitraryvariationoftemperature,”JournalofComputationalChemistry,18,393-402,1997.[17]S.Vyazovkin,D.Dollimore,“Linearandnonlinearproceduresinisoconversionalcomputationsoftheactivationenergyofnonisothermalreactionsinsolids,”JournalofChemicalInformationandComputerSciences,36,42-45,1996.[18]T.Gheiratmand,H.R.MadaahHosseini,P.Davami,F.Ostadhossein,M.Song,MGjoka,“OntheeffectofcoolingrateduringmeltspinningofFINEMETribbons,”Nanoscale,5,7520-7527,2013.[19]B.D.Cullity,S.R.Stock,“Elementsofx-raydiffraction,”Prentice-HallInc.,167-171,2001.[20]D.Jacovkis,J.Rodriguez-Viejo,M.T.Clavaguera-Mora,“IsokineticanalysisofnanocrystallizationinanAlNdNiamorphousalloy,”JournalofPhysics:CondensedMatter,17,4897-4910,2005.[21]M.E.Brown,P.K.Gallagher,“Handbookofthermalanalysisandcalorimetry,”Elsevier,5,503-538,2008