СВС-МЕТАЛЛУРГИЯ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ MAX-ФАЗЫ Cr2AlC

Проведен обзор литературы по строению, свойствам, способам получения и областям применения материалов на основе МАХ-фазы Cr₂AlC. Отмечено, что наиболее перспективным методом получения таких материалов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), одним из направлений которого является СВС-металлургия. В исследованиях в качестве базовой шихты использовали смесь порошков оксидов хрома III и хрома VI квалификации ЧДА, алюминия марки АСД-1 и углерода. Выполнены расчеты адиабатической температуры горения и состава конечных продуктов с использованием специальной программы THERMO. Эксперименты проводили в СВС-реакторе объемом V = 3 дм³ при начальном давлении инертного газа (Ar) Р₀ = 5 МПа. В опытах изучено влияние соотношения исходных реагентов на параметры высокотемпературного синтеза (скорость горения, прирост давления, выход целевого продукта), состав и микроструктуру целевых продуктов. Разработан научный подход получения методом СВС-металлургии под давлением газа литых материалов в системе Cr–Al–C, состоящих из MAX-фазы Cr₂AlC и фаз Cr₃C₂, Cr₅Al₈. Изучены структурно-фазовые состояния целевых продуктов. Экспериментально установлено, что, варьируя содержание исходных реагентов (алюминий и углерод) в шихте, можно существенным образом влиять на закономерности синтеза, состав и микроструктуру конечных продуктов. С ростом содержания углерода (выше стехиометрического) в исходной смеси происходят увеличение содержания MAX-фазы Cr2AlC в конечном продукте и уменьшение Cr₅Al₈. Повышение содержания алюминия (выше стехиометрического) в исходной смеси приводит к увеличению содержания MAX-фазы Cr₂AlC в конечном продукте и уменьшению содержания фазы Cr₃C₂. 

1. Barsoum M.W., E-Raghy T. The MAX phases: Unique new carbide and nitride materials // Amer. Sci. 2001. Vol. 89. No. 4. P. 336—345.

2. Tzenov N.V., Barsoum M.W. Synthesis and characterization of Ti3AlC1.8 // J. Amer. Ceram. Soc. 2000. Vol. 83. No. 4. P. 825—832.

3. Barsoum M.W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases // Annu. Rev. Mater. Res. 2011. Vol. 41. P. 195—227.

4. Li H., Li S., Zhou Y. Cyclic thermal shock behavior of a Cr2AlC ceramic // Mater. Sci. Eng. A. 2014. Vol. 607. Р. 525—529.

5. Ying G., He X., Li M. Du S., Han W., He F. Synthesis and mechanical properties of high-purity Cr2AlC ceramic // Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. Р. 2635—2640.

6. Xiao Li.O., Li S.B, Song G., Sloof W.G. Synthesis and thermal stability of Cr2AlC // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. Vol. 31. Р. 1497—1502.

7. Eklund P., Beckers M., Jansson U. Högberg H., Hult-man L. The Mn+1AXn phases: Materials science and thin-film processing // Thin Solid Films. 2010. Vol. 518(8). P. 1851—1878.

8. Frodelius J., Sonestedt M., Bjorklund S. Palmquist, J., Stiller K., Högberg, H., Hultman L. Ti2AlC coatings deposited by high velocity oxy-fuel spraying // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 5976—5981.

9. Pasumarthi V., Chen Y., Bakchi S.R. Agarwal A. Reaction synthesis of Ti3SiC2 phase in plasma sprayed coating // J. Alloy. Compd. 2009. Vol. 484. P. 113—117.

10. Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А., Прядко Л.Ф., Егоров Ф.Ф. Электродные материалы для электроискрового легирования. М.: Наука, 1988.

11. Замулаева Е.И., Левашов А.Е., Свиридова Т.А., Швындина Н.В., Петржик М.И. Электроискровое осаждение защитных покрытий на основе МАХ-фаз // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2013. No. 3. С. 73—81.

12. Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парканский Н.Я., Ревуцкий В.М. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Кишинев: Штиинца, 1985.

13. Li S.B., Yu W.B., Zhai H.X., Song G.M., Sloof W.G., Zwaag S. Mechanical properties of low temperature synthesized dense and fine-grained Cr2AlC ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. No. 31. Р. 217—224.

14. Zhou W.B., Mei B.C., Zhu J.Q. On the synthesis and properties of bulk ternary Cr2AlC ceramics // Mater. Sci.-Pol. 2009. Vol. 27. No. 4/1. Р. 973—980.

15. Zhu J., Jiang H., Wang F., Yang C., Xiao D. Synthesis, microstructure and mechanical properties of Cr2AlC // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. Vol. 34. Р. 4137—4144.

16. Duan X., Shen L., Jia D., Zhou Y., Zwaag S., Sloof W.G. Synthesis of high-purity, isotropic or textured Cr2AlC bulk ceramicsby spark plasma sintering of pressure-less sintered powders // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. Vol. 35. Р. 1393—1400.

17. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Физическая химия. Современные проблемы. М.: Химия, 1983.

18. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: МИСиС, 2011.

19. Горшков В.А., Качин А.Р., Юхвид В.И. СВС-металлургия литого композиционного материала Cr3C2—NiAl и защитные покрытия на его основе // Перспект. матер. 2014. No. 10. С. 60—67.

20. Miloserdov P.A., Gorshkov V.A., Yukhvid V.I. High-temperature synthesis of cast Cr2AlC at an inert gas overpressure // Inorg. Mater. 2013. Vol. 49. No. 8. P. 781— 785.