The crystallization of amorphous metallic alloys is a complex process accompanied by nucleation and growth of different crystalline phases. Generally the phase composition affects the physical and chemical properties of a metallic alloy. Hence, detailed knowledge of the crystallization processes is necessary in order to tailor such industrially-relevant properties as: magnetic properties, electrical resistance, hardness and atmospheric corrosion resistance. This thesis is specifically concerned with a family of several Fe-based alloys of different chemical composition and stoichiometry (Fe89.8Ni1.5Si5.2B3C0.5, Fe75Ni2Si8B13C2 and Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7). They were prepared as melt-spun ribbons and annealed under vacuum at different temperatures in the range from 295-1123 K. For the first time, detailed analyses of the crystallization mechanism and corresponding properties for the crystalline phases obtained at the annealing temperatures higher than T> 750 K are presented. Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that slow non-isothermal heating induces a series of stepwise structural transformations at temperatures characteristic for a given alloys. Kinetic parameters of crystallization were calculated from DSC data using Kissinger’s (Kissinger, 1957) and Ozawa’s (Ozawa, 1970) peak methods. The impact of stoichiometry of the Fe-Ni-Si-B-C alloys on crystalline phase evolution was studied in chapters 3.1 and 3.2. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed slightly earlier onset of crystallization for alloy with higher atomic percent of Ni, Si, B and C, to the detriment of Fe contribution. Besides the XRD and DSC analysis, several techniques such as scanning electron microscopy (SEM), focused ion beam (FIB) imaging, Raman spectroscopy, Vickers microhardness and potentiodynamic polarization (electrochemical corrosion-resistance test) have been employed. Rigorous study of crystallization kinetics, mechanical properties and corrosion behaviour of Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7 alloy are described in chapters: 3.3, 3.4 and 3.5. It was found that the presence of Cu and Nb, although in minimal concentration, significantly affects the nucleation and further crystal growth. The early Cu cluster formation was confirmed by the FIB technique. Microhardness measurements showed that the hardening proceeded in two stages. Detailed relations between shear deformation mechanism, crystallite growth and Vicker’s hardness values are discussed. Furthermore, it was found that the corrosion resistance of the Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7 alloy is strongly related to the phase composition of the material. The highest corrosion resistance was observed for sample annealed at 873 K for 1h with an equivalent corrosion rate 4 µm a-1.

Die Kristallisation metallischer amorpher Legierungen ist, durch die Keimbildung und das Wachstum verschiedenster Phasen, ein komplexer Prozess. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften, wie zum Beispiel magnetische Eigenschaften, elektrischer Widerstand, Härte und Korrosionsbeständigkeit, einer Legierung werden wesentlich von der Phasenzusammensetzung beeinflusst. Zur Optimierung dieser Eigenschaften ist ein umfassendes Wissen über den Kristallisationsprozess nötig. Diese Dissertation befasst sich mit Eisen-basierten Legierungen verschiedener chemischer Zusammensetzungen (Fe89.8Ni1.5Si5.2B3C0.5, Fe75Ni2Si8B13C2 und Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7). Die mittels „melt-spinning“ hergestellten Bänder wurden bei verschiednen Temperaturen (295–1123 K) im Vakuum wärmebehandelt. In dieser Arbeit wird eine detaillierte Analyse des Kristallisationsmechanismus und der Eigenschaften der gebildeten Phasen bei Temperaturen über 750 K wird erstmals beschrieben. Mithilfe dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK) wurde festgestellt, dass langsames Erhitzen, bei charakteristischen Temperaturen, zu einer schrittweise Strukturumwandlung führt. Die kinetischen Parameter wurden nach Kissinger’s (Kissinger, 1957) und Ozawa’s Peak Methode (Ozawa, 1970) aus den DDK Daten errechnet. Der Einfluss der Stöchiometrie der Fe-Ni-Si-B-C Legierungen auf die Entstehung der gebildeten kristallinen Phasen wird in Kapitel 3.1 und 3.2 beschrieben. Die erhaltenen Röntgenbeugungsanalysen (RB) zeigen, das die Kristallisation bei dieser Legierung später beginnt, wenn der Anteil an Fe höher ist. Neben RB und DDK wurden noch folgende Methoden für die Charakterisierung verwendet: Rasterelektronenmikroskopie (REM), „Focused-Ion-Beam“-Mikroskop (FIB), Raman Spektroskopie, Vikers Härte und „Potentiodynamic Polarisation“ (Elektrochemischer Korrosionstest). Eine detaillierte Beschreibung der mechanischen Eigenschaften des Korrosionsverhaltens und der Kristallisationskinetik ist in den Kapiteln 3.3, 3.4 und 3.5 zu finden. Cu und Nb beeinflussen auch in geringer Konzentration die Keimbildung und das spätere Wachstum der kristallinen Phasen. Die frühe Bildung von Cu-Clustern wurde mittels FIB bestätigt. Aus den Mikrohärtemessungen ist klar ersichtlich dass die Zunahme der Härte in zwei Stufen erfolgt. Ein detaillierter Zusammenhang zwischen Scherdeformation, Kristallwachstum und Vickershärte konnte aufgezeigt werden. Die Korrosionsbeständigkeit der Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7 Legierung ist stark von der Phasenzusammensetzung abhängig. Die größte Korrosionsbeständigkeit wurde bei der bei 873 K wärmebehandelten Probe mit einer Abtragrate von 4 µm a-1 beobachtet.