Розмір шрифту: 

Враховуючи високу енергонасиченість наночастинок, представляло інтерес дослідити вплив наночастинок заліза на структуру маловуглецевої низьколегованої конструкційної сталі 25ГСЛ. Застосування у якості модифікаторів наночастинок на основі заліза дозволило уникнути ефекту мікролегування рідкого та твердого розчину і дослідити, в основному, вплив нанорозмірного фактору.
Аналіз наночастинок при великому збільшенні показав, що на їх поверхні існують ділянки як позитивної, так і негативної кривизни. Протилежний напрямок радіусів кривизни у межах одної наночастинки вказує на те, що навіть на поверхні одної наночастинки існують ділянки з різною температурою фазового перетворення, оскільки відомо, що при позитивному радіусі кривизни температура фазового перетворення дисперсного матеріалу зменшується, а при негативному – збільшується. Крім того відомо, що при негативній кривизні поверхні тверді включення можуть бути центрами кристалізації при переохолодженні розплаву близько 0 оС.
Дослідження, методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії, хімічного стану елементів на поверхні наночастинок заліза показало, що на поверхні наночастинок заліза кисень знаходиться у зв’язаному стані у вигляді Fe2О3.
Існування ділянок з негативною кривизною поверхні наночастинок заліза, в оболонці з оксиду Fe2О3, що плавиться та дисоціює при 1565 оС, робить перспективним їх застосування як додаткових центрів кристалізації.
Відомо, що промислові залізовуглецеві розплави містять велику кількість центрів кристалізації. Наприклад, у 1 см3 рідкого чавуну знаходиться близько 5106 неметалевих включень. Однак представляло інтерес дослідити вплив більш великої кількості (порядку 1012 шт/см3) наночастинок заліза, в оболонці з тугоплавкого оксиду Fe2O3, на дендритну структуру маловуглецевої низьколегованої конструкційної сталі 25ГСЛ.
На рис. 1 показано вплив наночастинок заліза на дендритну, ферито-перлітну структуру та будову перліту сталі 25ГСЛ у литому стані.

а б
Рис. 1. Вплив модифікування наночастинками заліза на дендритну структуру: а – вихідна сталь; б – добавка 0,0035% наночастинок

Аналіз дендритної структури показав, що при модифікуванні спостерігається подрібнення глобулярних дендритів у 2,5-2,8 разів.
Вплив наночастинок на формування дендритної структури пов’язаний з нагрівом і охолодженням нанорозмірних об’ємів розплаву внаслідок виділення та поглинання теплоти їх фазових перетворень та дією наночастинок як додаткових центрів кристалізації. Враховуючи, що при нагріванні наночастинок до температури рідкої сталі відбувається перетворення їх оболонок з оксиду Fe2O3 в більш тугоплавкий оксид Fe3O4 (температура плавлення и дисоціації оксиду Fe3O4 дорівнює 1594 оС) та форму наночастинок з ділянками негативної кривизни поверхні, можна рахувати, що модифікування дендритної структури сталі відбувається, в основному, внаслідок їх дії як центрів кристалізації.