Ex その場その場で調査構造変換の方法: 金属ガラスの結晶化の事例
Summary
ここでは、金属ガラスの構造変換の元場と現場での調査を記述するプロトコルを提案する.超微細相互作用を検査する原子力ベース分析法を採用しました。温度駆動実験中にシンクロトロン放射光核共鳴前方散乱メスバウアー分光法の適用可能性を示す.
Abstract
私たちは鉄系金属ガラス (MGs) の微細構造の配置の変更に続くことができる核ベースの分析メソッドは 2 つの使用方法を示します。彼らの非晶質の性質にもかかわらず超微細相互作用の同定はかすかな構造変更を発表します。この目的のため我々 はすなわちメスバウアー分光法と放射光核共鳴前方散乱 (NFS) 安定な57Fe 同位体の核のレベルの間で核共鳴を利用する 2 つの手法を採用しています。(Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG に及ぼす熱処理の影響は、それぞれex その場その場での実験の結果を使用して説明します。両方の方法は超微細相互作用に敏感で、磁性微細構造配置に関する情報が容易に入手可能です。メスバウアー分光法の実行元場構造配置、磁気クラスター構造の特定条件 (温度、時間) の下でアニール後室温表示方法について説明します、従ってこのテクニックを安定した検査状態。その一方で、NFS データは温度を動的に変更する中、記録されたその場でNFS は、一時的な状態を調べます。両方の技術の使用は、相補的な情報を提供します。一般に、彼らは、その定常状態だけでなく、一時的な状態を知っている必要がある任意の適切なシステムに適用できます。
Introduction
溶かすの急冷により作製した鉄基 MGs は、多数の実用的なアプリケーション1と魅力的な工業材料を表します。特に以来、その磁気特性が優れた従来 (ポリ) 結晶合金2,3に多い。有利なパラメーターからより良い利益のため高温への対応が知られている必要があります。温度の上昇、アモルファスの構造緩和し、最後に、結晶化を開始します。MGs の種類によっては、これは磁気パラメーターの劣化につながることができ、その結果、パフォーマンスが低下します。特別な組成4,5,6,7を新たに形成された結晶粒が非常に細かい、通常約 30 以下である鉄ベースの MGs のいくつかの家族は、しかし、nm の。ナノ結晶構造を安定させて、これにより、広い温度範囲8,9以上受け入れ可能な磁気パラメーターを保持します。いわゆるナノ結晶合金 (NCA) のとおりです。
特に高温や厳しい条件 (電離放射線、腐食、等) の下で、MGs の長期パフォーマンス信頼性は、自分の行動や個々 の物理的なパラメーターの完全な知識を要求します。MGs は非晶質であるために、その特性に適した分析手法の品揃えはかなり限られています。たとえば、回折法は amorphicity の検証にのみ使用することができます広範な特徴のない反射を提供します。
注目に値するいくつかの通常間接法の存在を提供するが高速であり、非破壊的な MGs (例えば、センシング原理磁歪遅延線) の特性。このメソッドは、不均一性の存在を含む構造と応力状態の高速特性を提供します。高速に適用された有利と MG の全体の長さに沿って非破壊評価リボン10,11。
共鳴原子のローカル原子配列を鋭敏に反映する超微細相互作用を介して乱れた構造配置をより詳細に把握が可能です。さらに、位相と化学の短距離秩序の変化が明らかにできます。この点は、核磁気共鳴 (NMR) 分光法および/またはメスバウアー分光法のような方法、両方に対して57Fe 核、12,13を考慮する必要があります。前者は、磁気双極子の超微細相互作用にのみ応答を提供します、後者は電気四極子相互作用にも敏感です。したがって、メスバウアー分光構造配置と共鳴鉄核14の磁気状態の両方で同時に入手可能な情報になります。
それにもかかわらず、合理的な統計を達成するメスバウアー スペクトルの取得は通常いくつかの時間をかかります。温度依存性実験を想定する場合は特に、この制限を考慮必要があります。高温実験中に適用される, MGs15で構造変更が発生します。したがって、のみ元場実験サンプル最初ある特定の温度で焼鈍され周囲条件に返されます時に常温では、信頼性の高い結果を提供します。
熱処理中の MG の構造の進化が放射 (DSR)、示差走査熱量測定 (DSC) の x 線回折の例として迅速なデータ取得を可能にする分析手法によって研究されて定期的にまたは磁気測定。その場で実験が可能なが、取得した情報は構造 (DSR、DSC) または磁気 (地磁気) 機能を懸念します。ただし、DSC (・磁気計測) の場合結晶の中に出てくる (ナノ) 穀物の種類の識別は可能。その一方で、DSR データは調査システムの磁気状態を示しません。このような状況の解決策は、技術を超微細相互作用の使用: 放射16の NFS。それは核共鳴散乱プロセス17を悪用するメソッドのグループに属しています。照射温度シンクロトロンの第三世代から NFS の非常に高輝度のためその場で条件の下で実験になった可能18,19,20,21 ,,2223。
メスバウアー分光法と NFS の両方は、 57Fe 核のエネルギー準位の間で核共鳴に関連する同じ物理的な主義によって支配されます。それにもかかわらず、エネルギー ドメインの元のスキャンの超微細相互作用、後者を提供します時間領域におけるインターフェロ。この方法では、両方の方法から得られた結果、同等で、補完。NFS データを評価するには、合理的な物理的なモデルを確立する必要があります。メスバウアー分光法最初の見積もりを提供するの助けを借りて、この挑戦的なタスクを実行できます。検査の一時的な状態その場でNFS メスバウアー分光法初期や、材料研究元場の最終的な状態に安定した状態、すなわちを反映してこれらの 2 つの方法の間の相補性を意味します。
核共鳴のこれらの 2 つのより少なく一般的な方法の詳細を選択アプリケーションの説明: ここで我々 は (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1 で発生の構造の変更の調査にそれらを適用B14 MG 熱処理にさらされています。我々 は、この記事が異なったタイプの材料で最終的に同じような現象の調査のためのこれらの技術を使用する研究者の関心を集めていることを願っています。
Protocol
Representative Results
Discussion
元場メスバウアー効果の実験は、応用の熱処理後調査の MG で検出される安定した状況をについて説明します。各スペクトルは、室温で数時間の期間に収集されました。したがって、もともと非晶質構造の進化は、焼鈍条件の関数として続いた。メスバウアー分光法は超微細相互作用共鳴核に作用する、高温による構造および/または磁気の変更のかすかな細部が発表することができま?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業によって支えられたスロバキア語研究・開発機関、契約の下で no.APVV-16-0079 と APVV-15-0621 ベガ 1/0182/16 とベガ 2/0082/17、および Palacký 大学 (IGA_PrF_2018_002) の内部伊賀許可を付与します。放射光実験について r. Rüffer (ESRF, グルノーブル) に感謝しております。
Materials
| 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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