ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ В СИСТЕМЕ Ni–Al–W В ПРОЦЕССЕ СВС

Суперсплавы нового поколения на основе интерметаллидов Ni обладают высокой термомеханической стабильностью при высоких температурах и широко используются в современной промышленности. Получение таких материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) имеет преимущество перед традиционными металлургическими технологиями за счет использования энергии химической реакции. Создание покрытий и наплавок на основе интерметаллида NiAl на поверхности вольфрамовых изделий в процессе СВС имеет большой практический интерес. В данной работе были проведены эксперименты по взаимодействию W-подложки и расплава на основе Ni–Al в режиме СВС. При ее соединении с интерметаллидом NiAl в ходе протекания СВС происходит формирование градиентного сварного соединения толщиной 200–400 мкм, имеющего сложное строение. При СВС-реакции имеет место образование расплава Ni и Al, в который диффундируют поверхностные слои W-подложки. В процессе охлаждения в приповерхностном слое происходит кристаллизация дендритов фазы на основе вольфрама (84–86 ат. % W и 16–14 ат. % Ni) и дендритов псевдобинарной эвтектики на основе NiAl (β-фазы), в которых присутствуют преципитаты W-содержащей фазы размером менее 50 нм и игольчатые включения Ni3Al (γ′-фазы). В переходном слое обнаружена структурированная тройная эвтектика W + Ni + Ni₃Al (α + γ + γ′), содержащая частицы твердого раствора на основе интерметаллида Ni3Al размером около 100 нм. Продемонстрирована модификация поверхности W-подложки с формированием на ней глобулярных выделений W (α-фазы), что значительно увеличивает площадь поверхности.

1. Jozwik P., Polkowski W., Bojar Z. Applications of Ni3Al based intermetallic alloys-current stage and potential perceptivities // Materials. 2015. Vol. 8. P. 2537-2568. https://doi.org/10.3390/ma8052537.

2. Поварова К.Б., Базылева О.А., Дроздов А.А., Казанская Н.К., Морозов А.Е., Самсонова М.А. Конструкционные жаропрочные сплавы на основе Ni3Al: Получение, структура и свойства // Материаловедение. 2011. No. 4. С. 39-48.

3. Аргинбаева Э.Г., Базылева О.А., Туренко Е.И. Интерметаллидные сплавы на основе Ni3Al // Все материалы: Энциклопедический справочник. 2012. No. 5.

4. Shu-Lan Liu, Chong-Yu Wang, Tao Yu. Effect of Re and W upon brittle fracture in Ni3Al cracks by atomic simulation // Comput. Mater. Sci. 2015. Vol. 110. P. 261- 269. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.08.037.

5. Колобов Ю.Р. Диффузионно-контролируемые процессы на границах зерен и пластичность металлических поликристаллов. Новосибирск: Наука, 1998.

6. Колобов Ю.Р., Каблов Е.Н., Козлов Э.В., Конева Н.А., Поварова К.Б., Грабовецкая Г.П., Бунтушкин В.П., Базылева О.А., Мубояджян С.А., Будиновский С.А. Структура и свойства интерметаллидных материалов с нанофазным упрочнением. М.: МИСиС, 2008.

7. Takahashi T., Dunand D.C. Nickel aluminide containing refractory-metal dispersoids 2: Microstructure and properties // Mater. Sci. Eng. A. 1995. Vol. 192-193. P. 195-203. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)03235-1.

8. Popovič J., Brož P., Buršík J. Microstructure and phase equilibria in the Ni-Al-W system // Intermetallics. 2008. Vol. 16. No. 7. P. 884-888. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2008.04.003

9. Milenkovic S., Schneider A., Frommeyer G. Constitutional and microstructural investigation of the pseudo-binary NiAl-W system // Intermetallics. 2011. Vol. 19. No. 3.

10. P. 342-349. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.10.019.

11. Hassel A.W., Smith A.J., Milenkovic S. Nanostructures from directionally solidified NiAl-W eutectic alloys // Electrochim. Acta. 2006. Vol. 52. No. 4. P. 1799-1804. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.12.061.

12. Cimalla V., Röhlig C.C., Pezoldt J., Niebelschütz M., Ambacher O., Brückner K., Hein M., Weber J., Milenkovic S., Smith A.J., Hassel A.W. Nanomechanics of single crystalline tungsten nanowires // J. Nanomater. 2008. Vol. 2008. Article ID 638947. https://doi.org/10.1155/2008/638947.

13. Milenkovic S., Drensler S., Hassel A.W. A novel concept for the preparation of alloy nanowires // Phys. Status Solidi A. 2011. Vol. 208. No. 6. P. 1259-1264. https://doi.org/10.1002/pssa.201000968.

14. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1996. Т. 1. С. 183-185.

15. Franke P., Neuschütz D. Ni-W // Binary systems. Pt. 4: Binary systems from Mn-Mo to Y-Zr. Landolt-börnstein - Group IV physical chemistry. 2006. Book https://doi.org/10.1007/b76778. Chapter https://doi.org/10.1007/10757285_38.

16. Kornienko K., Kublii V., Fabrichnaya O., Bochvar N. Al- Ni-W (aluminium - nickel - tungsten) // Light Metal Systems. Pt. 3. Landolt-börnstein - Group IV physical chemistry, 2005. Book https://doi.org/10.1007/b96194. Chapter https://doi.org/10.1007/10915998_34.

17. Sytschev A.E., Vrel D., Kolobov Yu.R., Kovalev D.Yu., Golosov E.V., Shchukin A.S., Vadchenko S.G. Combustion synthesis in the Ni-Al-W system: Some structural features // Int. J. SHS. 2013. Vol. 22. No. 2. P. 110-113. https://doi.org/10.3103/S1061386213020118.

18. Сычев А.Е., Vrel D., Колобов Ю.Р., Ковалев И.Д., Голосов Е.В., Щукин А.С., Вадченко С.Г. Особенности структуро- и фазообразования в системе Ni-Al-W в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Композиты и наноструктуры. 2013. No. 2. С. 51-58.

19. Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1989. С. 34.

20. Новикова М.Б., Будберг П.Б. Фазовое состояние литых сплавов системы Ni-NiAl-W // Металлы. 1986. No. 4. С. 104-108.

21. Базылева О.А., Туренко Е.Ю., Шестаков А.В. Влияние термической обработки на микроструктуру и механические свойства сплава на основе интерметаллида NiAl // Тр. ВИАМ. 2014. No. 9. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-9-2-2.

22. Brož P., Buršík J., Stará Z. Phase equilibria in the Ni- Al-W system at 900 °C // Monatshefte für Chemie. 2005. Bd. 136. No. 11. S. 1915-1920. https://doi.org/10.1007/s00706-005-0391-y.