MeltsMeltsРасплавы0235-01063034-5715The Russian Academy of Sciences66125510.31857/S0235010623050109VTDPRYArticlesСтатьиPREDICTION OF THE THERMOPHYSICAL BEHAVIOR OF AMORPHOUS OF ALLOYS Ni0.333Zr0.667 AND La80Al20 ACCORDING TO PROPERTIES OF METALSПрогнозирование теплофизического поведения аморфных сплавов Ni0.333Zr0.667 и La80Al20 по свойствам металловTerekhovS. V.ТереховС. В.svlter@yandex.ruDonetsk Institute of Physics and Technology A.A. GalkinaДонецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина01092023547949025022025Copyright ©; 2023, С.В. ТереховCopyright ©; 2023, С.В. Терехов2023С.В. ТереховС.В. Тереховhttps://journals.eco-vector.com/0235-0106/article/view/661255

Amorphous alloys (metallic glasses) are obtained by ultrafast cooling of melts. As a result of this process, the chaotic distribution of atoms in space is “frozen” while maintaining the short-range order characteristic of liquids. The high homogeneity of the solid state leads to unique mechanical, magnetic and other physical properties. This has led to the fact that cheaper metallic glasses have replaced a number of traditional materials in some industries. On the other hand, significant disadvantages of disordered media are temperature and time instabilities. The solution to this problem is possible with knowledge of the thermophysical properties of amorphous alloys: heat capacity, thermal expansion coefficient, thermal conductivity and thermal diffusivity. Even estimating, for example, their temperature dependences is a complex and urgent task. Therefore, in this paper, it is proposed to use the mixing rule for components whose thermophysical properties are known. This makes it possible to predict the temperature dependences of heat capacity, thermal expansion coefficient and thermal diffusivity at known values of thermal conductivity for different temperatures. Note that the obtained curves for the Ni0.333Zr0.667 and La80Al20 amorphous alloys are in good agreement with the experimental data.

Аморфные сплавы (металлические стекла) получают путем сверхбыстрого охлаждения расплавов. В результате этого процесса “замораживается” хаотическое распределение атомов в пространстве при сохранении ближнего порядка, характерного для жидкостей. Высокая однородность твердого состояния приводит к уникальным механическим, магнитным и другим физическим свойствам. Изделия из разработанных дешевых металлических стекол заместили на некоторых производствах ряд аналогов из дорогих традиционных материалов. С другой стороны, существенными недостатками неупорядоченных сред являются температурная и временнáя нестабильности. Решение этой проблемы возможна при знании теплофизических свойств аморфных сплавов: теплоемкости, коэффициента теплового расширения, теплопроводности и температуропроводности. Но даже оценка их температурных зависимостей представляет собой сложную и актуальную задачу. Поэтому в данной работе предложено использовать правило смешения компонентов, теплофизические свойства которых известны. Это позволяет предсказать температурные зависимости теплоемкости, коэффициента теплового расширения и температуропроводности металлических стекол при известных значениях их теплопроводности для разных температур. Отметим, что на рассчитанные кривые для теплоемкости аморфного сплава Ni0.333Zr0.667 достаточно хорошо укладываются известные из научной литературы экспериментальные данные в низкотемпературной области.

amorphous alloysNiZrLaAlphase diagramintermetallic leadheat capacitythermal linear expansion coefficientthermal conductivitythermal diffusivityаморфные сплавыNiZrLaAlдиаграмма состоянияинтерметаллидтеплоемкостькоэффициент теплового линейного расширениятеплопроводностьтемпературопроводность1. Karfidov E.A., Rusanov B.A., Sidorov V.E., Nikitina E.V., Yanichkovich D., Shvets P. St. Korrozionno-elektrokhimicheskoye povedeniye amorfnykh splavov Al–Ni–Co–Nd [Corrosion-electrochemical behavior of amorphous alloys Al–Ni–Co–Nd] // Rasplavy. 2022. № 2. Р. 189‒195.Карфидов Э.А., Русанов Б.А., Сидоров В.Е., Никитина Е.В., Яничкович Д., Швец П. Ст. Коррозионно-электрохимическое поведение аморфных сплавов Al–Ni–Co–Nd // Расплавы. 2022. № 2. С. 189‒195.2. Sidorov N.I., Estemirova S.Kh., Kurbanova E.D., Polukhin V.A. Kinetika vodoroda v membrannykh splavakh na osnove Fe–Ni, Nb–Ni, V–Ni [Kinetics of hydrogen in membrane alloys based on Fe–Ni, Nb–Ni, V–Ni] // Rasplavy. 2022. № 2. P. 196‒213. [In Russian].Сидоров Н.И., Эстемирова С.Х., Курбанова Э.Д., Полухин В.А. Кинетика водорода в мембранных сплавах на основе Fe–Ni, Nb–Ni, V–Ni // Расплавы. 2022. № 2. С. 196‒213.3. Polukhin V.A., Sidorov N.I., Kurbanova E.D., Belyakova R.M. Kharakteristiki mem-brannykh amorfnykh, nano- i kristallicheskikh splavov [Characteristics of membrane amorphous, nano- and crystalline alloys] // 2022. № 3. P. 152‒171. [In Russian].Полухин В.А., Сидоров Н.И., Курбанова Э.Д., Белякова Р.М. Характеристики мембранных аморфных, нано- и кристаллических сплавов // Расплавы. 2022. № 3. С. 152‒171.4. Belyakova R.M., Kurbanova E.D., Sidorov N.I., Polukhin V.A. Membrany na osnove Nb–Ni i V–Ni dlya polucheniya sverkhchistogo vodoroda [Membranes based on Nb–Ni and V–Ni for obtaining ultrapure hydrogen] // Rasplavy. 2022. № 3. P. 124‒140. [In Russian].Белякова Р.М., Курбанова Э.Д., Сидоров Н.И., Полухин В.А. Мембраны на основе Nb–Ni и V–Ni для получения сверхчистого водорода // Расплавы. 2022. № 3. С. 124‒140.5. Buschow K.H.J., Beekmans N.M. Thermal stability of amorphous alloys // Solid State Commun. 1980. 35. № 3. P. 233–236. https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90487-1Buschow K.H.J., Beekmans N.M. Thermal stability of amorphous alloys // Solid State Commun. 1980. 35. № 3. P. 233–236. https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90487-16. Lysov V.I., Tsaregradskaya T.L., Turkov O.V., Saenko G.V. Issledovaniye zakonomer-nostey protsessa stareniya metallicheskikh stekol [Investigation of the regularities of the aging process of metallic glasses] // Uchenye zapiski Taurida National University im. V.I. Vernadsky. Series “Physics”. 2009. 22 (61). № 1. P. 142–148. [In Russian].Лысов В.И., Цареградская Т.Л., Турков О.В., Саенко Г.В. Исследование закономерностей процесса старения металлических стекол // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия “Физика”. 2009. 22 (61). № 1. С. 142–148.7. Popel P.S., Sidorova V.E., Kalvo-Dalborg M. et al. Vliyaniye termicheskoy obrabotki zhidkogo splava na yego svoystva v rasplavlennom sostoyanii i posle amorfi-zatsii [Influence of heat treatment of a liquid alloy on its properties in the molten state and after amorphization] // Rasplavy. 2020. № 3. P. 223–245. [In Russian].Попель П.С., Сидоровa В.Е., Кальво-Дальборг М. и др. Влияние термической обработки жидкого сплава на его свойства в расплавленном состоянии и после аморфизации // Расплавы. 2020. № 3. С. 223–245.8. Abrosimova G.E., Aronin A.S., Dobatkin S.V. Nanokristallizatsiya amorfnogo splava Fe80B20 pod deystviyem intensivnoy plasticheskoy deformatsii [Nanocrystallization of Fe80B20 amorphous alloy under the action of severe plastic deformation] // Solid State Physics. 2007. 49. № 6. P. 983–989. [In Russian].Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Добаткин С.В. и др. Нанокристаллизация аморфного сплава Fe80B20 под действием интенсивной пластической деформации // Физика твердого тела. 2007. 49. № 6. С. 983–989.9. Panova G.Kh., Syrykh G.F., Chernoplekov N.A., Shikov A.A. Vliyaniye amorfizatsii na elektronnuyu i kolebatel’nuyu teployemkost’ splava Ni2B [Influence of amorphization on the electronic and vibrational heat capacity of the Ni2B alloy] // // Fizika tverdogo tela. 2002. 44. № 7. P. 1168–1173. [In Russian].Панова Г.Х., Сырых Г.Ф., Черноплеков Н.А., Шиков А.А. Влияние аморфизации на электронную и колебательную теплоемкость сплава Ni2B // Физика твердого тела. 2002. 44. № 7. С. 1168–1173.10. Panova G.Kh., Syrykh G.F., Khlopkin M.N., Shikov A.A. Kolebatel’nyye i elektron-nyye svoystva amorfnykh sistem Ni44Nb56, Ni62Nb38 i Cu33Zr67 (iz izmereniy teployem-kosti) [Vibrational and electronic properties of amorphous systems Ni44Nb56, Ni62Nb38 and Cu33Zr67 (from heat capacity measurements)] // Fizika tverdogo tela. 2003. 45. № 4. P. 577–581. [In Russian].Панова Г.Х., Сырых Г.Ф., Хлопкин М.Н., Шиков А.А. Колебательные и электронные свойства аморфных систем Ni44Nb56, Ni62Nb38 и Cu33Zr67 (из измерений теплоемкости) // Физика твердого тела. 2003. 45. № 4. С. 577–581.11. Gavrichev K.S., Gorbunov V.E., Sharpataya G.A. et al. Termodinamicheskiye svoystva splava Ni0.333Zr0.667 v amorfnom i kristallicheskom sostoyanii [Thermodynamic properties of the Ni0.333Zr0.667 alloy in the amorphous and crystalline state] // Neorganicheskiye ma-terialy. 2004. 40. № 6. P. 703–708. [In Russian].Гавричев К.С., Горбунов В.Е., Шарпатая Г.А. и др. Термодинамические свойства сплава Ni0.333Zr0.667 в аморфном и кристаллическом состоянии // Неорганические материалы. 2004. 40. № 6. С. 703–708.12. Khizriev Sh.K., Gamzatov A.G., Batdalov A.B. et al. Teplovyye, magnitnyye i magnito-transportnyye svoystva bystrozakalennogo lentochnogo obraztsa Ni50Mn35Al2Sn13 [Thermal, magnetic and magnetotransport properties of the rapidly quenched tape sample Ni50Mn35Al2Sn13] // Fizika tverdogo tela. 2020. 62. № 7. P. 1132–1136. [In Russian].Хизриев Ш.К., Гамзатов А.Г., Батдалов А.Б. и др. Тепловые, магнитные и магнитотранспортные свойства быстрозакаленного ленточного образца Ni50Mn35Al2Sn13 // Физика твердого тела. 2020. 62. № 7. С. 1132–1136.13. Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya., Malinin L.A., Tsalkov V.N. Teplofizicheskiye svoy-stva komponentov goryuchikh sistem [Thermophysical properties of combustible system components]. Moscow: NPO “Informatsiya i tekhniko-ekonomicheskiye issledovaniya”, 1992. [In Russian].Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. Москва: НПО “Информация и технико-экономические исследования”, 1992.14. Dinsdale A. T. SGTE data for pure elements. Calphad. 1991. 15. № 4. P. 317–425. https://doi.org/10.1016/0364-5916(91)90030-NDinsdale A.T. SGTE data for pure elements. Calphad. 1991. 15. № 4. P. 317–425. https://doi.org/10.1016/0364-5916(91)90030-N15. Terekhov S.V. Termodinamicheskaya model' razmytogo fazovogo perekhoda v metalliche-skom stekle Fe40Ni40P14B6 [Thermodynamic model of diffuse phase transition in Fe40Ni40P14B6 metallic glass] // Fizika i tekhnika vysokikh davleniy. 2018. 28. № 1. P. 54–61. [In Russian].Терехов С.В. Термодинамическая модель размытого фазового перехода в металлическом стекле Fe40Ni40P14B6 // Физика и техника высоких давлений. 2018. 28. № 1. С. 54–61.16. Terekhov S.V. Teplovyye svoystva metallov. Spravochnik [Thermal properties of metals. Directory]. Donetsk: DonFTI im. A.A. Galkina, 2023. [In Russian].Терехов С.В. Тепловые свойства металлов. Справочник. Донецк: ДонФТИ им. А.А. Галкина, 2023.17. Kingeri W.D. Vvedeniye v keramiku [Introduction to ceramics]. Moscow: Stroyizdat, 1967. [In Russian].Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Стройиздат, 1967.18. Terehov S.V. Thermal properties of matter within the model of a two-phase system // Physics of the Solid State. 2022. 64. № 8. P. 1089–1095. https://doi.org/10.21883/PSS.2022.08.54631.352Terehov S.V. Thermal properties of matter within the model of a two-phase system // Physics of the Solid State. 2022. 64. № 8. P. 1089–1095. https://doi.org/10.21883/PSS.2022.08.54631.35219. Terekhov S.V. Teplovyye svoystva veshchestva [Thermal properties of matter] // Fizika i tekhnika vysokikh davleniy. 2022. 32. № 3. P. 21–34. [In Russian].Терехов С.В. Тепловые свойства вещества // Физика и техника высоких давлений. 2022. 32. № 3. С. 21–34.20. Novikova S.I. Teplovoye rasshireniye tverdykh tel [Thermal expansion of solids]. Moscow: Nauka, 1974. [In Russian].Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.21. Peletsky V.E., Chekhovskaya V.Ya., Belskaya E.A. et al. Teplofizicheskiye svoystva titana i yego splavov. Spravochnik [Thermophysical properties of titanium and its alloys. Directory]. M.: Metallurgiya, 1985. [In Russian].Пелецкий В.Э., Чеховской В.Я., Бельская и Э.А. др. Теплофизические свойства титана и его сплавов. Справочник. М.: Металлургия, 1985.22. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh metallicheskikh sistem: Spravochnik [Diagrams of the state of binary metal systems: Handbook] Vol. 3. Book 1 / Under the general ed. N.P. Lyakishev. Moscow: Mashinostroenie, 2001. [In Russian].Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 3. Кн. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001.23. Novitsky L.A., Kozhevnikov I.G. Teplofizicheskiye svoystva materialov pri nizkikh temperaturakh. Spravochnik [Thermophysical properties of materials at low temperatures. Directory]. Moscow: Mashinostroenie, 1975. [In Russian].Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение, 1975.24. Zinoviev V.E. Teplofizicheskiye svoystva metallov pri vysokikh temperaturakh [Thermophysical properties of metals at high temperatures]. Moscow: Metallurgiya, 1989. [In Russian].Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989.25. Larikov L.N., Yurchenko Yu.F. Struktura i svoystva metallov i splavov. Teplovyye svoystva metallov i splavov [Structure and properties of metals and alloys. Thermal properties of metals and alloys]. Kyiv: Naukova Dumka, 1985. [In Russian].Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985.26. Svoystva elementov. Spravochnik [Properties of elements. Directory]. Ed. M.E. Dritz. M.: Metallurgy, 1985. [In Russian].Свойства элементов. Справочник. Под ред. М.Е. Дрица. М.: Металлургия, 1985.27. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh metallicheskikh sistem: Spravochnik [Diagrams of the state of binary metal systems: Handbook]. Vol. 1. / Under the general. ed. N.P. Lyakishev. Moscow: Mashinostroenie, 1996. [In Russian].Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 1. / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996.