ОСОБЛИВОСТІ ТЕПЛОВИХ РЕЖИМІВ ОХОЛОДЖЕННЯ ПРИ SPLAT-ГАРТУВАННІ ТА ЛИТТІ МІКРОДРОТУ

Анотація

У статті досліджуються особливості теплових режимів охолодження розплавів під час splat-гартування та лиття мікродротів у скляній ізоляції при надзвичайно високих швидкостях охолодження, які досягають 10⁸ K/с. Встановлено, що зазначені умови сприяють формуванню широкого спектра метастабільних структурних станів, зокрема мікро- та нанокристалічних, а також аморфних сплавів, які проявляють унікальні фізико-хімічні властивості. Однак, проблема прямого експериментального визначення швидкості охолодження у тонких плівках та мікродротах технічно ускладнена визначенням залежності тепловіддачі від низки таких параметрів, як товщина зразка, теплофізичні властивості як охолоджуючого середовища, так і зразка, а також режими гартування. Крім того, одночасна нерівноважна кристалізація на контактній і вільній поверхнях ускладнює точне передбачення формування морфології структури. У зв’язку з цим слід підкреслити практичну значущість застосування теоретичних і обчислювальних методів для оцінки коефіцієнтів тепловіддачі, швидкостей охолодження та особливостей зміни мікроструктури. На основі рівнянь теплопровідності та критеріїв подібності проведено кількісний аналіз тепловіддачі й швидкості охолодження плівок і мікродротів різного діаметра у повітрі та воді. Доведено, що зменшення товщини плівки або діаметра мікродроту призводить до помітного зростання коефіцієнта тепловіддачі і швидкості охолодження, що створює умови для утворення метастабільних структур. У процесі лиття скляної ізоляції, де швидкості охолодження дещо нижчі порівняно із ГРС, аморфна скляна оболонка сприяє підвищенню рівня нерівноважного формування структурного стану матеріалу з-за більшого переохолодження розплаву. Результати моделювання температурного поля та розподілу переохолодження у плівках різної товщини дали змогу пояснити структурні зміни морфології залежно від режимів тепловідведення. Встановлено, що на контактній поверхні плівки переохолодження є вищим, що створює сприятливі умови для зародження і росту кристалів. Запропонований метод оцінки коефіцієнтів тепловіддачі і швидкостей охолодження дає змогу прогнозувати характер морфологічних змін і фізико-хімічні властивості швидкоохолоджених матеріалів, що має важливе практичне застосування для отримання ГРС-покриттів і мікродротів із заданими експлуатаційними характеристиками.