О применении процесса СВС для получения композита Ti3SiC2–Ni

Дан обзор результатов применения процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для получения жаропрочных никелевых сплавов и композитов на основе карбида титана (TiC) и никеля. Для уменьшения хруп-кости предложено заменить фазу TiC на карбосилицид титана Ti₃SiC₂ и применить процесс СВС для получения каркасно-го композита Ti₃SiC₂ –Ni. Никель для пропитки каркаса Ti3SiC2 вводился в трех вариантах: с добавлением в реакционную смесь; в виде брикета, размещенного между двумя брикетами СВС-шихты; аналогично второму варианту, но с барьерными слоями из бумаги между брикетами никеля и шихты СВС. Показано, что во всех вариантах расплав Ni препятствует образованию МАХ-фазы карбосилицида титана, приводя к его деградации. Введение Ni в реакционную смесь по первому варианту позволило получить однородный композиционный материал, пористость которого с ростом концентрации Ni до 50 % уменьшилась практически до нуля. В случае размещения Ni-брикета между двух прессованных брикетов СВС-шихты удавалось расплавить сравнительно небольшое количество никеля (23–29 % от массы образцов синтезируемых композитов), которого не хватало для полного заполнения пористых слоистых каркасов Ti₃SiC₂ . При добавлении в Ni-брикет 20 % Si увеличивалась глубина пропитки, снижалась степень деградации МАХ-фазы в месте пропитки, формировался более однородный композиционный материал, состоящий из пористого каркаса фаз TiC, TiSi₂ и Ti₃SiC₂ , частично заполненных металлическим никелем при инфильтрации раcплава Ni(Si).

1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиац. материалы и технологии. 2012. No. S. С. 7—17.

2. Каблов Е.Н. Авиационное материаловедение в XXI веке. Перспективы и задачи. Авиационные материалы. Избр. труды 1932—2002. Под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: МИСИС, ВИАМ, 2002. С. 23—47.

3. Оспенникова О.Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий. Авиац. материалы и технологии.2012. No. S. С. 19—36.

4. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). М.: Наука и технология, 2013.

5. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S. & Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Int. Mater. Rev.2016. DOI: 10.1080/09506608.2016.1243291.

6. Yukhvid V.I.SHS-metallurgy: fundamental and applied research. Adv. Mater. Technol.2016. No. 4. P. 23—34.

7. Yukhvid V.I., Alymov M.I., Sanin V.N., Andreev D.E. SHS-metallurgy of Ni—Al—based alloy.Key Eng. Mater. 2016. Vol. 684. P. 353—358.

8. Pogozhev Yu.S., Sanin V.N., Ikornikov D.M., Andreev D.E., Yukhvid V.I., Levashov E.A., Sentyurina Zh.A., Logacheva A.I., Timofeev A.N. NiAl-based electrodes by combined use of centrifugal SHS and induction remelting. Int. J. SHS.2016. Vol. 25. No. 3. P. 186—199.

9. Зайцев А.А., Сентюрина Ж.А., Погожев Ю.С., Левашов Е.А., Санин В.Н., Юхвид В.И., Андреев Д.Е., Михайлов М.А., Капланский Ю.Ю. Получение литых электродов из наномодифицированного высокобористого сплава на основе алюминида никеля для изготовления сферических гранул методом центробежного рас-пыления. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 4. С. 15—24.

10. Clarke D.R. Interpenetrating phase composites. J. Am. Ceram. Soc.1992. Vol. 75. No. 4. P. 739—758.

11. Peng H.X., Fan Z., Evans J.R.G. Bi-continuous metal matrix composites. Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 303. P. 37—45.

12. Liu J., Binner J., Higginson R. Dry sliding wear behavior of co-continuous ceramic foam/aluminum alloy interpenetrating composites produced by pressureless infiltration. Wear. 2012. Vol. 276—277. P. 94—104.

13. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение-1, 2007.

14. He B.-L., Zhu Y.-F.Microstructure and properties of TiC/Ni3 Al composites prepared by pressureless melt infiltration with porous TiC/Ni3 Al preforms. Mater. Manuf. Processes. 2011. Vol. 26. P. 586—591.

15. Naplocha K., Granat K. Manufacturing of porous Al—Cr preforms for composite reinforcing using microwave activated combustion synthesis. Arch. Metall. Mater. 2014. Vol. 59. No. 3. P. 1125—1127.

16. Боровинская И.П., Вишнякова Г.А., Маслов В.М., Мержанов А.Г.О возможности получения композиционных материалов в режиме горения. Процессы горения в химической технологии и металлургии. Под ред. А.Г. Мержанова. Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1975. С. 141—149.

17. Pityulin A.N., Bogatov Yu.V., Rogachev A.S.Gradient hard alloys. Int. J. SHS. 1992. Vol. 1. No. 1. P. 111—118.

18. Barsoum M.W. MAX phases. Properties of machinable ternary carbides and nitrides. Weinheim: Wiley-VCH, 2013.

19. Hendaoui A., Andasmas M., Amara A., 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. P. 12 9 —135.

20. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермошкин А.А., Давыдов Д.М. Влияние газифицирующих добавок на фазовый состав продуктов горения при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе МАХ-фаз в системе Ti—C—Al. Изв. Самар. науч. центра РАН. 2014. Т. 16. No. 6. С. 50—55.

21. Pampuch R., Lis J., Stobierski L., Tymkiewicz M. Solid combustion synthesis of Ti3SiC2 . J. Eur. Ceram. Soc. 1989. Vol. 5. P. 283—287.

22. Meng F., Liang B., Wang M. Investigation of formation mechanism of Ti3SiC2by self-propagating high-temperature synthesis. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 152—161.

23. Amosov A.P., Latukhin E.I., Davydov D.M. The inf luence of gas atmosphere composition on formation of surface films in self-propagating high-temperature synthesis of porous Ti3SiC2. Mod. Appl. Sci. 2015. Vol. 9. No. 3. P. 17—2 4.

24. Фирстов С.А., Печковский Э.П., Горбань В.Ф. Прочность и пластичность спеченных материалов на основе титанового наноламината Ti3SiC2 . Успехи физ. мате-риаловедения.2006. Т. 7. С. 243—281.

25. Li H., Peng L.M., Gong M., He L.H., Zhao J.H., Zhang Y.F. Processing and microstructure of Ti3SiC2 / M (M = Ni or Co) composites. Mater. Lett.2005. Vol. 59. No. 21. P. 2 6 47—2 6 49.

26. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. М.: Металлургия, 1987.

27. Davydov D.M., Amosov A.P., Latukhin E.I. Synthesis of MAX-Phase of titanium silicon carbide (Ti3SiC2) as a promising electric contact material by SHS pressing method.Appl. Mech. Mater. 2015. Vol. 792. P. 596—601.

28. Riley D.P., Kisi H.E., Hansen T.C., Hewat A.W. Self-propagating high-temperature synthesis of Ti3SiC2. I. Ultrahigh-speed neutron diffraction study of the reaction mechanism. J. Am. Ceram. Soc.2002. Vol. 85. No. 10. P. 2 417—2 42 4.

29. Gochepin B., Dubois S., Gauthier V., Vrel D. Formation mechanisms of combustion synthesized Ti3SiC2 using TR-XRD analysis and IR-thermography. In: VIII Int. Symp. on SHS(21—24 June 2005, Cagliari, Italy): Book of аbstracts. P. 26—28.

30. 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. 216—20.

31. Радишевский В.Л., Лепакова О.К., Афанасьев Н.И. Синтез, структура и свойства МАХ-фаз Ti3SiC2 и Nb2 AlC. Вестн. Томского гос. ун-та. Химия.2015. No. 1. С. 33—38.

32. Логинов А.С., Латухин Е.И. Исследование макроструктуры пористого карбосилицида титана. Сб. ст. VIII междунар. науч.-практ. конф. «Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени». Ч. 3 (Екатеринбург, 3—4 апр. 2015 г.). С. 76—77.

33. Оглезнева C.А., Каченюк М.Н., Оглезнев Н.Д. Исследование формирования структуры и свойств материалов в системе «медь—карбосилицид титана». Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2016. No. 4. С. 60—67.

34. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т. 3. Кн. 1. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001.

35. Лаптев А.А., Беломытцев М.Ю., Лаптев А.И. Механические свойства никелькремниевых сплавов. Изв. вузов. Чер. металлургия.2014. No. 5. С. 47—50.