Структурное состояние порошковой смеси Ti–Al при различных режимах механоактивационной обработки

Применение механокомпозитов в качестве прекурсоров при проведении высокотемпературного синтеза увеличивает возможности протекания химических реакций в твердофазном режиме: расширяет концентрационные пределы горения, меняет температуру и скорость горения, температуру воспламенения и др. Вопросы, связанные с возможностью изменения структуры механокомпозитов как на макро-, так и на микроуровне могут иметь важное значение для последующего получения продукта синтеза требуемых состава, структуры и свойств. В данной работе проводился подбор оптимальных режимов предварительной механической активации (МА) для получения прекурсоров для реализации высокотемпературного синтеза. Основными управляющими параметрами активационного воздействия на порошковую смесь Ti + Al являлись продолжительность обработки и интенсивность силовой нагрузки. Одним из определяющих факторов для выбора оптимального режима МА является формирование максимально возможных микродеформаций без появления продуктов механического синтеза при заданных условиях размола. Из проведенного анализа структурных параметров следует, что для достижения этих условий при энергонапряженности мельницы 20 g требуется более 13 мин механоактивационного воздействия, однако это невозможно реализовать по причине налипания порошковой смеси на мелющие тела. При энергонапряженности 60 g обработка в течение 7 мин приводит к началу механохимического синтеза, что ограничивает интервал времени МА. Таким образом, для последующей реализации высокотемпературного синтеза следует выбрать режимы процесса, соответствующие продолжительности процесса МА 7 мин при величине энергонапряженности шаровой мельницы 40 g. Исследование морфологии механокомпозитов, полученных в указанных условиях, показали, что пластичная алюминиевая матрица создает условия для идеального контакта реагентов, и сформировавшийся материал можно рассматривать как элементарный реактор, в объеме которого создаются максимально благоприятные условия для твердофазной диффузии.

1. Gras Ch., Gaffet E., Bernard F., Niepce J.C. Enhancement of self-sustaining re-action by mechanical activation: case of an Fe—Si system. Mater. Sci. Eng. A. 1999. Vol. 264. P. 94—107.

2. Уваров Н.Ф., Болдырев В.В. Размерные эффекты в химии гетерогенных систем. Успехи химии. 2001. Т. 70. No. 4. С. 307—329.

3. Курбаткина В.В., Пацерa Е.И., Рахимовa А., Логачева А.И., Левашов Е.А. Получение субмикронных порошков и наноструктурированных гранул на основе NiAl методом СВС из механически активированной смеси. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 4. С. 69—74.

4. Aleksandrov V.V., Korchagin M.A. Mechanochemical synthesis in SHS systems. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1992. Vol. l. No. 3. P. 417—420.

5. Левашов E.A., Курбаткина B.B., Колесниченко K.B. Закономерности влияния предварительного механического активирования на реакционную способность СВС-смесей на основе титана. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2000. No. 6. С. 61—67.

6. Radev D.D., Klissurski D. Mechanochemical synthesis and SHS of diborides of titanium and zirconium. J. Mater. Synth. Proces. 2001. Vol. 9. No. 3. P. 131—136.

7. Mukasyan A.S., White J.D.E., Kovalev D., Kochetov N., Ponomarev V., Son S.F. Dynamics of phase transformation during thermal explosion in the Al—Ni system: Influence of mechanical activation. Physica B. 2010. Vol. 405. P. 778—784.

8. Логинова М.В., Собачкин А.В., Ситников А.А., Яковлев В.И., Филимонов В.Ю., Иванов С.Г., Мясников А.Ю., Негодяев А.З., Градобоев А.В. Структурное состояние активированной порошковой смеси Ti + Al при изменении времени механоактивации и доз гамма-облучения. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. No. 1. С. 68—73.

9. Вьюшков Б.В., Левашов Е.А., Ермилов А.Г., Питюлин А.Н., Боровинская И.П., Егорычев К.Н. Об особенностях влияния предварительной механической активации шихты на параметры СВС-процесса, структуру и свойства многокомпонентного кермета марки СТИМ-5. Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30. No. 5. С. 63—67.

10. Итин В.И., Монасевич Т.В., Братчиков А.Д. Влияние механоактивации на закономерности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе титан-никель. Физика горения и взрыва. 1997. Т. 30. No. 5. С. 48—51.

11. Григорьева Т.Ф., Корчагин М.А., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Влияние механохимической активации на концентрационные границы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Докл. АН. 1999. Т. 369. No. 3. С. 345—347.

12. Shteinberg A.S., Lin Y.C., Son S.F., Mukasyan A.S. Kinetics of high temperature reaction in Ni—Al system: Influence of mechanical activation. J. Phys. Chem. A. 2010. Vol. 114. P. 6111—6116.

13. Bokhonov B.B., Korchagin M.A. Application of mechanical alloying and self-propagating synthesis for preparation of stable decagonal quasicrystals. J. Alloys Compd. 2004. Vol. 368. P. 152—156.

14. Филимонов В.Ю., Корчагин М.А., Смирнов Е.В., Ляхов Н.З. Макрокинетика твердофазного синтеза активированной смеси 3Ni+Al в режиме теплового взрыва. Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. No. 4. С. 90—98.

15. Terehova O.G., Shkoda O.A., Maksimov Yu.M., Chalun L.D. Loginova M.V., Sobachkin A.V., Ivanov S.G., Yakovlev V.I., Sitnikov A.A., Filimonov V.Yu., Myasnikov A.Yu., Negodyaev A.Z. Effect of mechanical activation of silicon and niobium on SHS synthesis of niobium silicides. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1999. Vol. 8. No. 3. P. 299—306.

16. Loginova M.V., Filimonov V.Yu., Yakovlev V.I., Sytnikov A.A., Negodyaev A.Z., Shreifer D.V. Analysis of the influence of high temperature synthesis parameters on the structure formation in the mechanically activated 3Ti + Al powder mixture. Appl. Mech. Mater. 2015. Vol. 788. P. 117—122.

17. Ляхов Н. З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазои структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. Новосибирск: Параллель, 2008.

18. Turrillas C.C.X., Vaughan G.B.M., Terry A.E., Kvick A., Rodriguez M.A. Al—Ni intermetallics obtained by SHS: A time-resolved X-ray diffraction study. Intermetallics. 2007. Vol. 15. P. 1163—1171.

19. Ломовский О.И. (ред.). Механокомпозиты-прекурсоры для создания материалов с новыми свойствами. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2010.

20. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы: Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС-МАТИ, 2009.

21. Иванов В.И., Ясинский К.К. Эффективность применения жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов Тi3А1 и TiAl для работы при температурах 600—800 °С в авиакосмической технике. Технол. легких сплавов. 1996. No. 3. С. 7—12.

22. Chuprina V.G., Shalya I.M. Properties of some alloys of Ti—Al system. In: Abstracts Book of X Int. Conf. «ICHMS’07» (Crimea, Ukraine). 2007. P. 38—39.

23. Анташев В.Г., Ночовная Н.А., Павлова Т.В., Подюкова Н.М., Иванов В.И. Жаропрочные титановые сплавы. Авиационные материалы. Избр. тр. «ВИАМ» 1932—2002: Юбил. науч.-техн. сб. 2002. С. 111—115.

24. Filimonov V.Yu., Sitnikov A.A., Afanas’ev A.V., Loginova M.V., Yakovlev V.I., Negodyaev A.Z., Schreifer D.V., Solov’ev V.A. Microwave assisted combustion synthesis in mechanically activated 3Ti + Al powder mixtures: structure formation issues. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. Vol. 23. No. 1. P. 18—25.

25. Filimonov V.Yu., Sytnikov A.A., Yakovlev V.I., Loginova M.V., Afanasyev A.V., Negodyaev A.Z. The features of structure formation in mechanically activated powder mixture 3Ti + Al in the thermal explosion mode. Appl. Mech. Mater. 2014. Vol. 621. P. 71—76.

26. Дымченко Н.П., Шишлянникова Л.M., Ярославцева H.H. Применение ЭВМ при расчете тонкой кристаллической структуры поликристаллов методом вторых и четвертых моментов. Аппаратура и методы рентгеновского анализа. 1974. Вып. 15. С. 37—45.

27. Хейкер Д.М., Зевин Л.С. Рентгеновская дифрактометрия. М.: Физматгиз, 1963.

28. Kazakov A.A., Kiselev D. Industrial application of thixomet image analyzer for quanti-tative description of steel and alloy’s microstructure. Metallography, Microstructure, and Analysis. 2016. No. 5. P. 294—301.

29. Kazakov A.A., Ryaboshuk S., Lyubochko D., Chigintsev L. Research on the origin of nonmetallic inclusions in highstrength low-alloy steel using automated feature analysis. Microscopy and Microanalysis. 2015. Vol. 21. No. 3. P. 1755—1756.