Александр Васильевич Крохалев – д.т.н., декан факультета технологии конструкционных материалов
Россия, 400005, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28
Aleksander V. Krokhalev – Dr. Sci. (Eng.). Dean of the Faculty of Structural Materials Technology
28 Lenin Prosp., Volgograd 400005, Russia
Валентин Олегович Харламов – к.т.н., доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства», вед. инженер Центра коллективного пользования «Физико-химические методы исследования»
Россия, 400005, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28
Valentin O. Kharlamov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor at the Department “Equipment and Technology of Welding Production”, Senior Engineer at the Shared Use Center “Physico-chemical research methods“
28 Lenin Prosp., Volgograd 400005, Russia
Дмитрий Романович Черников – аспирант кафедры «Оборудование и технология сварочного производства»
Россия, 400005, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28
Dmitry R. Chernikov – Postgraduate Student at the Department “Equipment and Technology of Welding Production”
28 Lenin Prosp., Volgograd 400005, Russia
Сергей Викторович Кузьмин – д.т.н., чл.-корр. РАН, профессор кафедры «Оборудование и технология сварочного производства», первый проректор
Россия, 400005, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28
Sergey V. Kuzmin – Dr. Sci. (Eng.), Corresponding Member of the RAS, Professor at the Department “Equipment and Technology of Welding Production”, First Vice-Rector
28 Lenin Prosp., Volgograd 400005, Russia
Владимир Ильич Лысак – д.т.н., академик РАН, проф., зав. кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», научный руководитель
Россия, 400005, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28
Vladimir I. Lysak – Dr. Sci. (Eng.), Academician of the RAS, Professor, Head of the Department “Equipment and Technology of Welding Production”, Scientific Director
28 Lenin Prosp., Volgograd 400005, Russia
Рассмотрены основные закономерности формирования структуры и фазового состава материалов системы Fe–Ti, перспективных для хранения водорода, при уплотнении взрывом порошковых смесей титана и железа. Установлено, что при использовании режима нагружения, обеспечивающего давление ударно-волнового сжатия Р = 11,5 ГПа и разогрев в падающей ударной волне до 777 °С, происходит уплотнение порошковой смеси до практически беспористого состояния за счет равномерного пластического растекания частиц в направлении, перпендикулярном направлению ударного сжатия. При более жестком нагружении (Р = 12,5 ГПа и t = 831 °С) также достигается монолитное состояние, но характер деформации частиц компонентов порошковой смеси принципиально изменяется: пластическая деформация частиц локализуется в их поверхностных слоях и имеет ярко выраженный струйный характер с образованием специфических «завихрений». Обнаружено влияние механизма пластического деформирования частиц порошка на процесс образования метастабильной интерметаллидной фазы Ti2Fe с повышенной водородной емкостью. Установлено, что сплошные прослойки Ti2Fe толщиной до 20 мкм формируются на границах контактирования частиц железа и титана лишь в случае реализации струйных течений поверхностных слоев частиц. Показано, что причиной подобного эффекта является локальный разогрев приконтактных областей до температуры выше 1085 °С, являющейся, в соответствии с диаграммой состояния системы Ti–Fe, минимальной для существования в ней жидкой фазы. Показано, что эффективным методом получения материалов на основе Ti2Fe является совмещение взрывного прессования смеси порошков Fe и Ti и последующей термической обработки с нагревом до 1100 °С (реакционное спекание в присутствии жидкой фазы).
The primary regularities in the formation of the structure and phase composition of Fe–Ti system materials, which are promising for hydrogen storage under explosive compaction of titanium and iron powder mixtures, are considered. It has been established that under a loading regime ensuring shock-wave compression pressure P = 11.5 GPa and heating in the falling shock wave to 777 °С, the powder mixture is compacted to an almost non-porous state due to the uniform plastic flow of particles in a direction perpendicular to the direction of shock compression. Under more severe loading conditions (P = 12.5 GPa and t = 831 °С), a monolithic state is also achieved, but the deformation character of the powder mixture component particles changes fundamentally: plastic deformation of the particles is localised in their surface layers and has a pronounced jet character with the formation of specific “vortices”. The influence of the plastic deformation mechanism of powder particles on the formation process of the metastable intermetallic phase Ti2Fe with increased hydrogen capacity has been discovered. It has been established that solid layers of Ti2Fe up to 20 µm thick are formed at the contact boundaries of iron and titanium particles only in the case of jet flows of surface layers of particles. It has been shown that the cause of this effect is the local heating of the contact areas to a temperature above 1085 °С, which according to the phase diagram of the Ti–Fe system, is the minimum temperature for the existence of a liquid phase in it. It has been demonstrated that an effective method for producing materials based on Ti2Fe is the combination of explosive compaction of Fe and Ti powder mixtures and subsequent heat treatment with heating to 1100 °С (reactive sintering in the presence of a liquid phase).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.