REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Delo v sklopu te doktorske disertacije je obsegalo raziskave zlitin na osnovi elementov titana, cirkonija, hafnija, niklja in bakra kot dopanta, s sledečimi sestavami: Ti40Zr40-xNi20Cux (x=3, 5), Ti45Zr38-xNi17Cux (x=3, 5), Ti53Zr27-xNi20Cux (x=3, 5) in Ti58Zr24-xNi18Cux (x=3, 5). Študirali smo različne tehnike za pripravo t.i. ikozaedrične kvazikristalne faze (i-faza), ki je za razliko od ostalih kvazikristalov termodinamsko stabilna in kaţe relativno dobro afiniteto za absorpcijo vodika. Namen te disertacije je razkriti vpliv različnih procesnih parametrov na strukturo, morfologijo in magnetne lastnosti materiala, pred in po absorpciji vodika. Z metodo termo-gravimetrije s pripetim masnim spektrometrom preučevali masni deleţ desorbiranega vodika in odvisnost temperatur desorpcije oz. vezavnih energij vodika od strukture in sestave materiala ter deleţa vodika.
V prvem sklopu raziskovalnega dela smo se ukvarjali z mehanskim litjem elementarnih prahov v visoko-energijskem planetarnem mlinu, kjer smo z metodo rentgenske difrakcije opazovali hitrost nastajanja amorfne faze, iz katere smo po termični obdelavi pri temperaturi 500°C dobili i-fazo. Z DSC metodo smo prej določili temperaturo kristalizacije in s pomočjo Kissingerjeve enačbe tudi izračunali aktivacijsko energijo le-te. Opazili smo zmanjšanje magnetizacije po mehanski obdelavi, kar gre pripisati izraziti modifikaciji nikljevih d-stanj. Vrstična elektronska mikroskopja je razkrila, da med mletjem nastajajo aglomerati, katerih povpreča velikost je bila 100 μm, njihova sestava pa nehomogena, saj je notranjost aglomeratov bogata s cirkonijem.
Za pripravo i-faze, pa tudi amorfne in kristalne, smo uporabili tudi ultra-hitro ohlajevanje taline s t.i. rotacijskim kaljenjem (ang. »melt-spinning«). Sprva smo morali optimizirati obratovalne parametre: temperaturo, tlak, razdaljo med šobo in hladilnim valjem, hitrost vrtenja le-tega ter material in geometrijo talilnega lončka. S to tehniko priprave smo študirali vpliv hitrosti hladilnega valja na debelino, strukturo in magnetne lastnosti tako dobljenih trakov. Kot smo pričakovali se debelina trakov zmanjša, in sicer z okoli 120 μm pri obodni hitrosti 12 m/s na 30 μm pri hitrostih nad 40 m/s. Prav tako lahko s frekvenco rotacije kontroliramo strukturo materiala; od heksagonalne C14 Lavesove in kubične trdne raztopine titana in cirkonija, preko ikozaedrične kvazikristalne faze pri srednjih hitrostih, do popolnoma amorfne faze pri hitrostih nad 35 m/s. Ne glede na to, da se struktura spreminja s frekvenco rotacije, pa je magnetizacija, merjena pri gostoti zunanjega polja 1 Tesla, konstanta v okviru eksperimentalne napake. Opazili smo tudi linearno manjšanje konstante kvazikristalne rešetke z večanjem deleţa titana in bakra. S transmisijsko elektronsko mikroskopijo smo pokazali, da trakovi (pripravljeni pri 22 m/s) vsebujejo zrna ikozaedrične faze v amorfni matrici enake sestave. Povprečna velikost zrn i-faze v traku na strani hladilnega valja je okoli 50 nm, medtem ko je velikost zrn na strani argona kar desetkrat večja, torej 500 nm. Z elektronsko difrakcijo izbranega področja (SAED) in visoko-ločljivostno transmisijsko elektronsko mikroskopijo (HRTEM) smo neposredno potrdili obstoj 5-števne simetrije (poleg 3- in 2-števne) v materialu, ki je značilna za ikozaedrične kvazikristale. XPS analiza je pokazala, da je debelina (cirkonijeve in titanove) oksidne plasti na površini trakov okoli 7 nm. S temperaturo in časom lahko grobo kontroliramo deleţ absorbiranega vodika, ki ga za i-fazo izračunamo iz premika rentgenskih uklonov in linearne odvisnosti med razmerjem [H]/[M] in kvazi-mreţne konstante aq. S termogravimetrom (TG) s pripetim masnim spektrometrom je bilo mogoče določiti celokupno količino desorbiranega vodika (uteţni deleţ) in porazdelitev vezavnih mest vodika. Študirali smo tudi vpliv vodika na magnetne lastnosti teh zlitin.
Na koncu smo opravili še serijo poskusov vakuumskega kaljenja z bakrenimi modeli, pri čemer smo dobili vzorce paličastih oblik različnih premerov; in sicer 3, 2 in 1.5 mm, z enakimi sestavami kot smo jih uporabili za ultra-hitro rotirajoče kaljenje. Vzorce premera 3 mm različnih sestav smo navodičili ter študirali vpliv navodičenja na magnetne lastnosti, z masno spektrometrijo pa preverili vpliv načina kaljenja na porazdelitev vodikovih vezavnih energij, v primerjavi z masnimi spektri vodika iz trakov.