МЕХАНИЧЕСКОЕ СПЛАВЛЕНИЕ С ЧАСТИЧНОЙ АМОРФИЗАЦИЕЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ FE–CR–CO–NI–MN И ЕЕ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ПЛАЗМЕННОЕ СПЕКАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНОГО ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО МАТЕРИАЛА

Представлены результаты исследования влияния механического сплавления (МС) на морфологию поверхности, микроструктуру и атомно-кристаллическую структуру частиц многокомпонентной порошковой смеси Fe–Cr–Co–Ni–Mn. В качестве исходных компонентов использовались: порошок карбонильного радиотехнического железа Р-10 со средним размером частиц d = 3,5 мкм; порошок никеля НПЭ-1, d = 150 мкм; порошок кобальта ПК-1у с d < 71 мкм; порошок хрома ПХ-1М с d < 125 мкм; порошок марганца МР0 с d < 400 мкм. Процесс МС приготовленной смеси осуществлялся в механоактиваторе АГО-2 с водяным охлаждением с использованием стальных шаров диаметром 9 мм при ускорении 90 g на воздухе. Время сплавления варьировалось от 5 до 90 мин. Соотношение массы шаров к массе смеси составляло 20 : 1. Съемка рентгенограмм исходной и сплавленных смесей, а также образца, полученного спеканием, осуществлялась на дифрактометре ДРОН 3М в FeKα-излучении при 2θ = 30°÷100°. Микроструктура частиц смесей и шлифа компактного образца после спекания исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что после 90 мин механоактивации на рентгенограмме смеси отсутствуют пики исходных компонентов, а наблюдаются пики, соответствующие фазе, представляющей собой твердый раствор на основе γ-Fe, имеющей гранецентрированную кристаллическую решетку. При этом доля аморфной фазы увеличивается до 20 %. Из полученной после 90 мин сплавления смеси методом искрового плазменного спекания при температуре 800 °С в течение 10 мин получен компактный однофазный материал. Его плотность составила 7,49 кг/см3, удельное электросопротивление – 0,94÷0,96·10–6 Ом·м, микротвердость – 306÷328 кг/мм2, фаза равномерно распределена по объему.

многокомпонентые высокоэнтропийные сплавы, сплав Fe–Cr–Co–Ni–Mn, твердый раствор, гранецентрированная кристаллическая решетка, механическое сплавление, искровое плазменное спекание, компактный материал

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. Золотухин И.В. Аморфные металлические материалы // Соросовский образоват. журн. 1997. No. 4. C. 73—78.

3. Поздняков В.А. Физическое материаловедение наноструктурированных материалов. М.: Изд. дом. МГИУ, 2007.

4. Судзуки К., Худзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы / Пер. с япон. М.: Металлургия, 1987.

5. Brunelli K., Dabala V., Frattini R., Sandona G., Calliari I. Electrochemical behavior of Cu—Zr and Cu—Ti glassy alloys // J. Alloys and Compnd. 2001. Vol. 317-318. P. 595—602.

6. 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 Compnd. 2010. Vol. 504. P. 422—424.

7. Shekar K.M., Nageshwar S. Electrodeposition of copper on Cu—Zr metallic glass substrates // J. Appl. Electrochem. 1988. Vol. 18. No. 2. P. 200—204.

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

9. Kobayashi A., Yano S., Kimura H., Inoe A. Fe-based metallic glass coatings produced by smart plasma spraying process // Mater. Sci. Eng. B. 2008. Vol. 148. No. 1-3. P. 110—113.

10. 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.

11. Кочетов. Н.А. Горение и характеристики механически активированной смеси Ni + Al. Влияние массы и размера измельчающих тел (шаров) // Химическая физика. 2016. Т. 35. No. 7. C. 49—54. DOI: 10.7868/ S0207401X16070049.

12. Ковалев И.Д., Кочетов Н.А. Исследование структурных изменений при механической активации смеси 5Ti + 3Si // Неорган. матер. 2017. T. 53. No. 4. C. 445—448. DOI: 10.7868/S0002337X17040078.

13. 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 Compnd. 2013. Vol. 577. P. 600—605.

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

15. Pourfereidouni A., Akbari G.H. Development of nanostructure Cu—Ti alloys by mechanical alloying process // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 829. P. 168—172.

16. Politics C., Johnson W.L. Preparation of amorphous TiCux (0,10 < x < 0,87) by mechanical alloying // Appl. Phys. 1986. Vol. 60. No. 3. P. 1147—1151.

17. Savin V.V., Chaika V.A. Formation of amorphous powders of alloys of the Cu—Ti system with mechanical activation of powder mixtures // Powder Metall. and Met. Ceram. 1998. Vol. 37. No. 7. P. 448—457.

18. 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. No. 226- 228. P. 1074—1078.

19. 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 обработки // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2017. No. 2. C. 14-21. DOI: dx.doi. org/10.17073/1997-308X-2017-2-14-21.

20. Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D., Chang E.H., George E.P., Ritchie R.O. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications // Science. 2014. Vol. 345. No. 6201. P. 1153—1158. DOI: 10.1126/science.1254581.

21. Fu Z., Koc R. Processing and characterization of TiB2— TiNiFeCrCoAl high-entropy alloy composite // J. Amer. Ceram. Soc. 2017. Vol. 100. P. 2803—2813. DOI: doi.org. 10.1111/jace.14814.

22. Zhu G., Liu Y., Ye J. Fabrication and properties of Ti(C,N)-based cermets with multi-component AlCoCrFeNi high-entropy alloys binder // Mater. Lett. 2013. Vol. 113. P.80—82.

23. Varalakshmi S., Kamaraj M., Murty B.S. Synthesis and characterization of nanocrystalline AlFeTiCrZnCu high entropy solid solution by mechanical alloying // J. Alloys and Compnd. 2008. Vol. 460. No. 1-2. P. 253—257.

24. Zhang K., Fu Z. Effects of annealing treatment on phase composition and microstructure of CoCrFeNiTiAlx high-entropy alloys // Intermetallics. 2012. Vol. 22. P. 24—32.

25. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 375-377. P. 213- 218. DOI: doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257.