Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya

Расширенный поиск

ФОРМИРОВАНИЕ АМОРФНЫХ СТРУКТУР И ИХ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ CU–TI ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-2-14-21

Полный текст:

Аннотация

В работе представлены результаты исследования формирования аморфных структур в системе Cu–Ti и их последующей кристаллизации под действием высокоэнергетической механической обработки (ВЭМО). Для получения аморфных порошков Cu–Ti в качестве исходных компонентов были выбраны порошки меди (марки ПМС-В со средним размером частиц d = 45÷100 мкм, ГОСТ 4960-75) и титана (ПМ99,95, d = 2,0÷4,5 мкм, ТУ 48-19-316-80). Высокоэнергетическая механическая обработка порошковых смесей Cu + Ti проводилась в лабораторной планетарной шаровой мельнице Активатор-2S (при скоростях вращения диска – 694 об/мин, барабанов – 1388 об/мин) в течение 1–30 мин. Исследования морфологии поверхности, микро-, нано- и атомно-кристаллической структуры активированных порошковых смесей Cu + Ti были выполнены методами рентгеноструктурного анализа (РСА) на дифрактометре ДРОН-3М, сканирующей электронной микроскопии на микроскопе Zeiss Ultra+ (Германия) с применением энергодисперсионного анализа, просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) высокого разрешения на микроскопе Titan (США). Определение тепловых характеристик фазовых превращений (температуры, теплового эффекта реакции, аморфно-кристаллического перехода) осуществлялось методом дифференциальной сканирующей калориметрии на приборе DSC 204 F1 в режиме линейного нагрева до 450 °С со скоростью 20 град/мин. С использованием ВЭМО в течение 20 мин были получены аморфные порошки Cu–Ti. По данным РСА доля аморфной фазы в материале составила 93 %. Исследования с использованием ПЭМ показали, что материал состоит преимущественно из аморфной фазы с незначительным содержанием нанокристаллических областей размерами 2–8 нм. Обнаружено, что процесс кристаллизации аморфной фазы Cu–Ti происходит в интервале температур 336–369 °С, при этом тепловой эффект реакции составляет 79,78 Дж/г. 

Об авторах

Н. Ф. Шкодич
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Россия

Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов 

(142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8)



А. С. Рогачев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, зав. лабораторией динамики микрогетерогенных процессов


С. Г. Вадченко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Россия
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов  


И. Д. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Россия
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований


А. А. Непапушев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Кандидат технических наук, инженер НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы»


С. С. Рувимов
Университет Нотр Дам
Соединённые Штаты Америки

Кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники 

(46556, США, штат Индиана, Норт Дам)



А. С. Мукасьян
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Университет Нотр Дам
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС»; профессор Университета Нотр Дам


Список литературы

1. Willens R.H., Klement W., Duwez P. Continuous series of metastable solid solutions in silver-copper alloys. J. Appl. Phys. 1960. Vol. 31. P. 1136—1137.

2. Судзуки К., Худзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы: Пер. с япон. М.: Металлургия, 1987; Sudzuki K., Hudzumori H, Hasimoto K. Amorfnie metalli [Amorphous metals]. Moscow: Metallurgiya, 1987.

3. Davidson M., Roberts S., Castro G., Dillon R.P., Kunz A., Kozachkov H., Demetriou M.D., Johnson W.L., Nutt S., Hofmann D.C. Investigating amorphous metal composite architectures as spacecraft shielding. Adv. Eng. Mater. 2013. Vol.15. Iss. 12. P. 27—33.

4. Johnson W.L. Bulk metallic glasses — a new engineering material. Metals and Alloys. 1996. Vol. 1. P. 383—386.

5. Золотухин И.В. Аморфные металлические материалы // Соросовский образоват. журн. 1997. No. 4. С. 73—78; Zolotuhin I.V. Amorfnie metallicheskie materiali [Amorphous metallic materials]. Sorosovskiy obrazovatelnyi zhurnal. 1997. No. 4. P. 73—78.

6. Поздняков В.А. Физическое материаловедение наноструктурированных материалов. М.: Изд. дом. МГИУ, 2007; Pozdnyakov V.A. Fiziheskoe materialovedenie nanostrukturirovannih materialov [Physical materials science of nanostructured materials]. Мoscow: Izd. dom. MGIU, 2007.

7. Brunelli K., Dabala M., Frattini R., Sandona G., Calliari I. Electrochemical behaviour of Cu—Zr and Cu—Ti glassy alloys. J. Alloys and Comp. 2001. Iss. 317-318. P. 595—602.

8. Pineda E., Bruna P., Ruta B., Gonzalez-Silveira M., Crespo D. Relaxation of rapidly quenched metallic glasses: Effect of the relaxation state on the slow low temperature dynamics. Acta Mater. 2013. Vol. 61. P. 3002—3011.

9. Kobayashi A., Yano S., Kimura H., Inoue A. Febased metallic glass coatings produced by smart plasma spraying process. Mater. Sci. Eng. B. 2008. Vol. 148. Iss. 13. P.110—113.

10. Marikani A. Engineering physics. 2-nd ed. New Delhi: Ray Press, 2013. P. 490.

11. Shekhar K. M., Nageswar S. Electrodeposition of copper on Cu—Zr metallic glass substrates. J. App. Electrochem. 1988. Vol. 18. Iss. 2. P. 200—204.

12. Blanquet E., Mantoux A., Pons M., Vahlas C. Chemical vapor deposition and atomic layer deposition of amorphous and nanocrystalline metallic coatings: towards deposition of multimetallic films. J. Alloys and Comp. 2010. Vol. 504. P. 422—424.

13. Sun H., Flores K.M. Laser deposition of a Cu-based metallic glass powder on a Zr-based glass substrate. J. Mater. Res. 2008. Vol. 23. Iss. 10. P. 2692—2703.

14. Koch C., Cavin O. B., McKamey C. G., Scarbrough J.O. Preparation of amorphous Ni60Nb40 by mechanical alloying. Appl. Phys. Lett. 1983. Vol. 43. Р. 1017—1019.

15. Politis C. Nanostructured and amorphous materials by mechanical alloying. Chinese Phys. 2001. Vol. 10. P. 31—35.

16. Shkodich N.F., Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Moskovskikh D.O., Sachkova N.V., Rouvimov S., Mukasyan A.S. Bulk Cu—Cr nanocomposites by high-energy ball milling and spark plasma sintering. J. Alloys and Comp. 2014. Vol. 617. P. 39—46

17. Pourfereidouni A., Akbari G.H. Development of nano-structure Cu—Ti alloys by mechanical alloying process. Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 829. P. 168—172

18. Politis C., Johnson W.L. Preparation of amorphous TiCux (0,10 < x < 0,87) by mechanical alloying. Appl. Phys. 1986. Vol. 60. Iss. 3. P. 1147—1151.

19. Molnar A., Domokos L., Katona T., Martinek T., Mulas G., Cocco G., Bertoti I, Szepvolgyi J. Activation of amorphous Cu—M (M—Ti, Zr, or Hf) alloy powders made by mechanical alloying. Mater. Sci. Eng. 1997. Iss. 226-228. P. 1074—1078.

20. Savin V.V., Chaika V.A. Formation of amorphous powders of alloys of the Cu—Ti system with mechanical activation of powder mixtures. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 1998. Vol. 37. Iss. 7. P. 448—457.

21. Guwer A., Nowosielski R., Borowski A., Babilas R. Fabrication of copper-titanium powders prepared by mechanical alloying. Indian J. Eng. Mater. Sci. 2014. Vol. 21. P. 265—271.

22. Hirooka Y. Thermal decomposition of titanium hydride and its application to low pressure hydrogen control. J. Vacuum Sci. Technol. A. 1984. Vol. 2. P. 16—21.

23. Lehmhus D., Rauch G. Tailoring titanium hydride decomposition kinetics de annealing in various atmospheres. Adv. Eng. Mater. 2004. Vol. 6. Iss. 5. P. 313—330.

24. Duan G., Wiest A., Lind M.L., Kahl A., Johnson W.L. Lightweight Ti-based bulk metallic glasses excluding late transition metals. Scripta Mater. 2008. Vol. 58. P. 465—468.

25. Baricco M., Battezzati L., Soletta I., Schiffini L., Cowlam N. Thermal behavior of Cu—Ti and Cu—Ti—H amorphous powders prepared by ball milling. Mater. Sci. Eng. A. 1991. Vol. 134. P. 1398—1401.

26. Rogachev A.S., Shkodich N.F., Vadchenko S.G., Baras F., Kovalev D.Yu., Rouvimov S., Nepapushev A.A., Mukasyan A.S. Influence of the high energy ball milling on structure and reactivity of the Ni + Al powder mixture. J. Alloys and Comp. 2013. Vol. 577. P. 600—605.


Для цитирования:


Шкодич Н.Ф., Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д., Непапушев А.А., Рувимов С.С., Мукасьян А.С. ФОРМИРОВАНИЕ АМОРФНЫХ СТРУКТУР И ИХ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ CU–TI ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2017;(2):14-21. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-2-14-21

For citation:


Shkodich N.F., Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kovalev I.D., Nepapushev A.A., Rоuvimov S.S., Mukasyan A.S. FORMATION OF AMORPHOUS STRUCTURES AND THEIR CRYSTALLIZATION IN CU–TI SYSTEM BY HIGH-ENERGY BALL MILLING. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2017;(2):14-21. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-2-14-21

Просмотров: 265


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)