Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск

ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ Ti–Al–C ПРИ СВС

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-4-11-18

Полный текст:

Аннотация

Методом времяразрешающей рентгеновской дифракции исследован процесс фазообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) порошковых смесей Ti–Al–C составов, близких к составу МАХ-фаз. Установлено, что формирование материала при горении на воздухе в условиях медленного теплоотвода происходит стадийно. На первом этапе доминирующей является реакция образования карбида титана, обеспечивающая основное тепловыделение и распространение фронта горения. В результате формируются кристаллы TiC, окруженные расплавом Ti–Al. За фронтом горения происходит растворение карбида титана в окружающем расплаве с последующей кристаллизацией тройного соединения – Ti2AlC. При синтезе в среде гелия, обеспечивающей быстрый теплоотвод, не наблюдается формирования TiC. Первой фазой, возникающей на дифракционном поле, является Ti2AlC. Период существования TiC, составляющий 5–10 с для смесей, синтезированных на воздухе, существенно уменьшается при проведении процесса в среде гелия и не превышает 1 с. В результате СВС получен композиционный материал на основе фазы Ti2AlC, содержащий менее 20 мас.% TiAl и 2 мас.% TiC. Структура материала характеризуется пластинчатыми зернами Ti2AlC, окруженными матрицей TiAl. Микротвердость синтезированных материалов составила 4,0–4,5 ГПа и соответствует микротвердости фазы Ti2AlC. Дисперсность зерен Ti2AlC при синтезе в среде гелия ниже, чем при синтезе на воздухе. При медленном охлаждении на воздухе размеры пластинчатых зерен МАХ-фазы вырастают до 8–15 мкм в длину и 2–5 мкм в ширину. В гелии дисперсность Ti2AlC ниже – длина и ширина зерен не превышают 8 и 1 мкм соответственно.

Об авторах

Д. Ю. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)
Россия

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией рентгеноструктурных исследований.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



О. А. Аверичев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)
Россия

Аспирант лаборатории рентгеноструктурных исследований.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



М. А. Лугинина
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пластического деформирования.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



П. М. Бажин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН)
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пластического деформирования.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



Список литературы

1. Barsoum M.W., El-Raghy T. Synthesis and characterization of a remarkable ceramic: Ti3SiC2. J. Am. Ceram. Soc. 1996. Vol. 79. P. 1953—1956.

2. Barsoum M.W., Bridkin D., Raghy T.E. Layered machinable ceramics for high temperature applications. Scr. Metall. Mater. 1997. Vol. 36. P. 535—539.

3. Barsoum M.W. The Мn+1АХn phases: a new class of solids. Prog. Solid St. Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.

4. Barsoum M.W. MAX phases: properties of machinable ternary carbides and nitrides. 1 ed. N.Y.: Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, 2013.

5. Rahman A., Rahaman Z. Study on structural, electronic, optical and mechanical properties of MAX phase compounds and applications. Amer. J. Modern Phys. 2015. Vol. 4. No. 2. P. 75—91.

6. Tallman D.J., Anasori B., Barsoum M.W. A critical review of the oxidation of Ti2AlC, Ti3AlC2 and Cr2AlC in air. Mater. Res. Lett. 2013. Vol. 1. P. 115—125.

7. Poon B., Ponson L., Zhao J., Ravichandran G. Damage accumulation and hysteretic behavior of MAX phase materials. J. Mech. Phys. Solids. 2011. Vol. 59. P. 2238—2257.

8. Zhang H.B., Bao Y.W., Zhou Y.C. Current status in layered ternary carbide Ti3SiC2: A review. J. Mater. Sci. Technol. 2009. Vol. 25. No. 1. P. 1—38.

9. Barsoum M.W., Ali M., El-Raghy T. Processing and characterization of Ti2AlC, Ti2AlN, and Ti2AlC0,5N0,5. Metall. Mater. Trans. A. 2000. Vol. 31. P. 1857—1863.

10. Zhou W.B., Mei B.C., Zhu J.Q., Hong X.L. Rapid synthesis of Ti2AlC by spark plasma sintering technique. Mater. Lett. 2005. Vol. 5. P. 131—139.

11. Новиков А.С., Пайкин А.Г., Шулов В.А. Получение, свойства и перспективы применения МАХ-материалов на основе титана. Упроч. технологии и покрытия. 2006. No. 11. С. 24—34; Novikov A.S., Paikin A.G., Shulov V.A. Poluchenie, svoistva i perspektivy primeneniya MAX-materialov na osnove titana [Preparation, properties and application prospects MAX-titanium-based materials]. Uprochnyaushchie tekhnologii i pokrytiya. 2006. No. 11. P. 24—34.

12. Hendaoui A., Andasmas M., Benaldjia A., Langlois P., Vrel D. SHS of high-purity MAX compounds in the Ti—Al—C system. Int. J. SHS. 2008. Vol. 17. No. 2. Р. 129—136.

13. Vadchenko S.G., Sytschev A.E., Kovalev D.Yu., Shukin A.S, Belikova A.F. SHS of MAX compounds in the Ti—Si—C system: influence of mechanical activation. Int. J. SHS. 2014. Vol. 23. No. 3. P. 141—144.

14. Yeh C.L., Kuo C.W., Chu Y.C. Formation of Ti3AlC2/Al2O3 and Ti2AlC/Al2O3 composites by combustion synthesis in Ti—Al—C—TiO2 systems. J. Alloys Compd. 2010. Vol. 494. P. 132—136.

15. Liu Z., Han Q., Huang Z., Xing J., Gao Y. Sonochemical combustion synthesis of purer Ti2AlC from Ti—Al—C system. Chem. Eng. J. 2016. Vol. 288. P. 532—538.

16. Thomas T., Bowen C. Effect of particle size on the formation of Ti2AlC using combustion synthesis. Ceram. Int. 2016. Vol. 42. P. 4150—4157.

17. Bai Y., He X., Li Y., Zhu C., Zhang S. Rapid synthesis of bulk Ti2AlC by self-propagating high temperature combustion synthesis with a pseudo—hot isostatic pressing process. J. Mater. Res. 2009. Vol. 24. No. 8. P. 2528—2535.

18. Lopacinski M., Puszynski J., Lis J. Synthesis of ternary titanium aluminum carbides using self-propagating high-temperature synthesis technique. J. Am. Ceram. Soc. 2001. Vol. 84. P. 3051—3059.

19. Stolin A.M., Vrel D., Galyshev S.N., Hendaoui A., Bazhin P.M., Sytschev A.E. Hot forging of MAX compounds SHS-produced in the Ti—Al—C system. Int. J. SHS. 2009. Vol. 18. No. 3. Р. 194—197.

20. Галышев С.Н., Бажин П.М., Столин А.М., Сычев А.Е. Синтез металлокерамики на основе Ti—Al—C в условиях свободного СВС-сжатия. Персп. материалы. 2010. No. 2. С. 81—87; Galyshev S.N., Bazhin P.M., Stolin A.M., Sytchev A.E. Sintez metallokeramiki na osnove Ti—Al—C v usloviyakh svobodnogo SVS-szhatiya [Synthesis cermet based on Ti—Al—C in the free compression]. Perspectivnye materialy. 2010. No. 2. P. 81—87.

21. Ponomarev V.I., Kovalev D.Yu. Time-resolved X-ray diffraction during combustion in the Ti—C—B system. Int. J. SHS. 2005. Vol. 14. No. 2. P. 111—117.

22. Пономарев В.И., Хоменко И.О., Мержанов А.Г. Лабораторный метод динамической рентгенографии. Кристаллография. 1995. Т. 40. No. 1. С. 14—17; Ponomarev V.I., Khomenko I.O., Merzhanov A.G. Laboratornyi metod dinamicheckoi rentgenografii [Laboratory method of dynamic X-ray diffraction]. Kristallografiya. 1995. Vol. 40. No. 1. P. 14—17.

23. Konovalikhin S.V., Kovalev D.Yu., Sytschev A.E., Vadchenko S.G., Shchukin A.S. Formation of nanolaminate structures in the Ti—Si—C system: A crystallochemical study. Int. J. SHS. 2014. Vol. 23. No. 4. P. 217—221.


Для цитирования:


Ковалев Д.Ю., Аверичев О.А., Лугинина М.А., Бажин П.М. ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ Ti–Al–C ПРИ СВС. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2017;(4):11-18. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-4-11-18

For citation:


Kovalev D.Y., Averichev O.A., Luginina M.A., Bazhin P.M. PHASE FORMATION IN TI–AL–C SYSTEM DURING SHS. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2017;(4):11-18. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-4-11-18

Просмотров: 282


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