Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ БОРИДОВ ЦИРКОНИЯ И ХРОМА

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-1-18-25

Полный текст:

Аннотация

Представлены экспериментальные данные по получению методом СВС-компактирования композитов на основе системы ZrB2–CrB. С использованием термодинамических данных  рассчитаны адиабатические температуры горения системы Zr–Cr–B, составы равновесных  продуктов синтеза и определены оптимальные условия получения СВС-композитов. Показано, что равновесными продуктами синтеза являются тугоплавкие соединения ZrB2 и  CrB, обеспечивающие высокую термодинамическую стабильность СВС-композитов, которые  применяются в качестве дисперсной фазы (ZrB2) и керамической связки (CrB). С ростом  содержания связки от 25 до 64 мас.% адиабатическая температура горения уменьшается от  3320 до 2350 K. В этих условиях формируется твердая дисперсная фаза (ZrB2) и  расплавленная связка (СrВ). Выявлено, что образование расплавленной связки  обеспечивает получение СВС-композитов с остаточной пористостью менее 1 %. Изучено  влияние состава реакционной смеси на фазовый состав, микроструктуру и физико- механические характеристики СВС-композитов. Установлено, что при содержании CrB в  пределах 30–50 мас.% остаточная пористость СВС-композитов составляет <1 %. При этом  твердость по Виккерсу изменяется в интервале 31,3–42,6 ГПа, а предел прочности при  изгибе – в диапазоне 480–610 МПа. Показано, что физико-механические характеристики  зависят от остаточной пористости СВС-композитов. Из полученного СВС-композита ZrB2– 30CrB изготовлены режущие пластины и проведены тестовые испытания при обработке  высокотвердых закаленных сталей. Результаты свидетельствуют, что керамические резцы  из композита ZrB2–30CrB обладают высокой износостойкостью при обработке подшипниковой стали ШХ15 твердостью 61–65 HRC.

Об авторах

В. А. Щербаков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия

докт. физ.-мат. наук, зав. лабораторией энергетического стимулирования физико-химических процессов ИСМАН

142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. акад. Осипьяна, 8



А. Н. Грядунов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. той же лаборатории ИСМАН


Ю. Н. Баринов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
канд. хим. наук, зав. лабораторией химического анализа ИСМАН


О. И. Ботвина
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

магистрант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС»

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Список литературы

1. Monteverde F., Bellosi A., Guicciardi S. Processing and properties of zirconium diboride- based composites. J. Eur. Ceram. Soc. 2002. Vol. 22. Iss. 3. Р. 279—288. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0955-2219(01)00284-9.

2. Chamberlain A.L., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Ellerby D.T. High strength zirconium diboride-based ceramics. J. Am. Ceram. Soc. 2004. Vol. 87. Iss. 6. Р. 1170—1172. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2004.01170.x.

3. Monteverde F., Guicciardi S., Bellosi A. Advances in microstructure and mechanical properties of zirconium diboride based ceramics. Mater. Sci. Eng. A. 2003. Vol. 346. Iss. 1—2. Р. 310—319. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00520-8.

4. Rapp B. Materials for extreme environments. Mater. Today. 2006. Vol. 9. Iss. 5. P. 6. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S1369-7021(06)71471-7.

5. Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Talmy I.G., Zaykoski J.A. Refractory diborides of zirconium and hafnium. J. Am. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90. Iss. 5. Р. 1347—1364. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.01583.x.

6. Murthy T.S.R.Ch., Sonber J.K., Subramanian C., Fotedar R.K., Gonal M.R., Suri A.K. Effect of CrB2 addition on densification, properties and oxidation resistance of TiB2. Int. J. Refr. Met. Hard Mat. 2009. Vol. 27. Iss. 6. Р. 976 — 984. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2009.06.004.

7. Thompson M.J., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Elevated temperature thermal properties of ZrB2 with carbon additions. J. Am. Ceram. Soc. 2012. Vol. 95. Iss. 3. Р. 1077—1085. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.05034.x.

8. Zimmermann J.W., Hilmas G.E., Fahrenholtz W.G., Dinwiddie R.B., Porter W.D., Wang H. Thermophysical properties of ZrB2 and ZrB2—SiC ceramics. J. Am. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91. Iss. 5. Р. 1405—1411. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02268.x.

9. Lonergan J.M., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Zirconium diboride with high thermal conductivity. J. Am. Ceram. Soc. 2014. Vol. 97. Iss. 6. Р. 1689—1691. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/jace.12950.

10. McClane D.L., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Thermal properties of (Zr,TM)B2 solid solutions with TM = Hf, Nb, W, Ti, and Y. J. Am. Ceram. Soc. 2014. Vol. 97. Iss. 5. Р. 1552—1558. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/jace.12893.

11. Springer handbook of condensed matter and materials data. Eds. W. Martienssen, H. Warlimont. Berlin: Springer Heidelberg, 2005. 3.2. Ceramics. Р. 456—458. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/3-540-30437-1.

12. Han L., Wang S., Zhu J., Han S., Li W., Chen B., Wang X., Yu X., Liu B., Zhang R., Long Y., Cheng J., Zhang J., Zhao Y., Jin C. Hardness, elastic, and electronic properties of chromium monoboride. Appl. Phys. Let. 2016. Vol. 106. Iss. 22. Р. 1—4. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4922147.

13. Deng H.L., Li G.L., Song Y.J., Xiao S.R. Microstructure and abrasion resistance mechanism of CrB particles reinforced MMC coating. Key Eng. Mat. 2008. Vol. 373—374. Р. 35—38. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.373-374.35.

14. Jordan L.R., Betts A.J., Dahm K.L., Dearnley P.A., Wright G.A. Corrosion and passivation mechanism of chromium diboride coatings on stainless steel. Corros. Sci. 2005. Vol. 47. Iss. 5. Р. 1085—1096. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2003.10.018.

15. Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. М.: Атомиздат, 1975; Samsonov G.V., Serebryakova T.I., Neronov V.A. Boridy [Borides]. Moscow: Atomizdat, 1975.

16. Щербаков В.А., Грядунов А.Н., Сачкова Н.В., Самохин А.В. СВС-компактирование керамических композитов на основе боридов титана и хрома. Письма о материалах. 2015. Т. 5. No. 1. C. 20—23; Shcherbakov V.A., Gryadunov A.N., Sachkova N.V., Samokhin A.V. SVSkompaktirovanie keramicheskikh kompozitov na osnove boridov titana i khroma [SHS- compaction of ceramic composites based on titanium and chrome borides]. Pis’ma o materialakh. 2015. Vol. 5. No. 1. P. 20—23. DOI: http://dx.doi.org/10.22226/2410-3535-2015-1-20-23.

17. Питюлин А.Н. Силовое компактирование в СВС процессах. В кн. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Черно- головка: Территория, 2001. С. 333—353; Pityulin A.N. Silovoe kompaktirovanie v SVS protsessakh. In: Samorasprostranyayuchshiisya vysokotemperaturnyi sintez: teoriya i praktika [Power compaction in SHS processes. In: Self-propagating high-temperature synthesis: theory and practice]. Chernogolovka: Territoriya, 2001. P. 333—353.

18. Scherbakov V.A., Gryadunov A.N., Alymov M.I. Synthesis and characteristics of B4C—TiB2 composite. Adv. Mater. Technol. 2016. Iss. 4. Р. 16—21. DOI: http://dx.doi.org/10.17277/amt.2016.04.pp.016-021.

19. ГОСТ Р ИСО 6507-1 2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу; GOST R ISO 6507-1 2007. Metally i splavy. Izmerenie tverdosti po Vikkersu [Metals and alloys. Measurement of Vickers hardness].

20. ГОСТ 25281-82. Металлургия порошковая. Метод определения плотности формовок (с изменением No. 1); GOST 25281-82. Metallurgiya poroshkovaya. Metod opredeleniya plotnosti formovok [Powder metallurgy. Method for determining the density of molds].

21. Shiryaev A.A. Thermodynamic of SHS: Modern approach. Int. J. SHS. 1995. Vol. 4. Iss. 4. Р. 351—362.

22. Mamyan S.S., Shiryaev A.A., Merzhanov A.G. Thermodynamic studies of the possibility of forming inorganic materials by SHS with a reduction stage. J. Eng. Phys. Thermophys. 1993. Vol. 65. Iss. 4. Р. 974—980. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/BF00862769.

23. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980; Kiparisov S.S., Libenson G.A. Poroshkovaya metallurgiya [Powder metallurgy]. Moscow.: Metallurgiya, 1980.

24. ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия; GOST 801-78. Stal’ podshipnikovaya. Tekhnicheskie usloviya [Bearing steel. Technical conditions].


Для цитирования:


Щербаков В.А., Грядунов А.Н., Баринов Ю.Н., Ботвина О.И. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ БОРИДОВ ЦИРКОНИЯ И ХРОМА. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2018;(1):18-25. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-1-18-25

For citation:


Shcherbakov V.A., Gryadunov A.N., Barinov Y.N., Botvina O.I. SYNTHESIS AND PROPERTIES OF COMPOSITES BASED ON ZIRCONIUM AND CHROMIUM BORIDES. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2018;(1):18-25. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-1-18-25

Просмотров: 282


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