Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Получение литых материалов на основе MAX-фазы Cr2AlC методом СВС-металлургии с использованием химически сопряженных реакций

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-4-14-20

Полный текст:

Аннотация

Известно, что материалы на основе MAX-фаз обладают большим потенциалом для  использования в аэрокосмической, автомобильной и  индустриальной  сферах,  поскольку имеют уникальное сочетание  особенностей  как  металлов, так и керамики с  высокими механическими, химическими, тепловыми и электрическими свойствами. В настоящей работе  представлены  экспериментальные  результаты получения методом  СВС-металлургии литых  материалов в системе Cr–Al–C с различным соотношением меж ду MAX-фазой Cr2AlC, карбидами и алюминидами хрома. Опыты  проводили в СВС-реакторе объемом 3 л при  начальном давлении инертного газа (аргона) 5 МПа. Процесс синтеза осуществляли на основе химически сопряженных реакций: слабо экзотермической (акцептор тепла) – Cr2O3/3Al/C и сильно экзотермической (донора тепла) – 3CaO2/2Al.  Полученные экспериментальные  результаты имеют хорошую корреляцию с предварительно проведенными термодинамическими расчетами. Показано, что,  варьируя состав исходных смесей,  можно существенным образом  влиять на расчетные и экспериментальные параметры синтеза, а так же на фазовый состав и микроструктуру конечных   продуктов. Установлены оптимальные условия синтеза материала,  обеспечивающие максимальный выход  MAX-фазы  Cr2AlC  в составе  слитка. Определяющим фактором, влияющим на  содержание Cr2AlC в конечном продукте, является время существования жидкой фазы в условиях синтеза. Показано, что максимальное содержание MA X-фазы Cr2AlC и выход целевого продукта достигаются при 30 %-ном содержании сильно экзотермической добавки (3CaO2/2Al) в исходной шихте.

Об авторах

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

Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории жидкофазных СВС-процессов и литых материалов ИСМАН.

142432, Московская обл., Ногинский р-н, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.



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

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории жидкофазных СВС-процессы и литых материалов ИСМАН.

142432, Московская обл., Ногинский р-н, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.



Н. Ю. Хоменко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия

Младший научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований ИСМАН.

142432, Московская обл., Ногинский р-н, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.



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

Научный сотрудник лаборатории физического материаловедения ИСМАН.

142432, Московская обл., Ногинский р-н, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.



Список литературы

1. Barsoum M.W. MA X phases: Properties of machinable ternary carbides and nitrides. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2013.

2. Radovic M., Barsoum M.W. MA X phases: Bridging the gap between metals and ceramics. Am. Ceram. Soc. Bull. 2013. Vol. 92. No. 3. P. 20—27.

3. Barsoum M.W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MA X phases. Annu. Rev. Mater. Res. 2011. Vol. 41. No. 1. P. 195—227.

4. Barsoum M., El-Raghy T. The MA X phases: Unique new carbide and nitride materials. Am. Sci. 2001. Vol. 89. No. 4. P. 336—345.

5. Poon B., Ponson L., Zhao J., Ravichandran G. Damage accumulation and hysteretic behavior of MA X phase materials. J. Mech. Phys. Solids. 2011. Vol. 59. No. 10. P. 2238—2257.

6. Atikur Rahman M. Study on structural, electronic, optical and mechanical properties of MA X phase compounds and applications: Review. Am. J. Mod. Phys. 2015. Vol. 4. No. 2. P. 75—91.

7. Li H., Li S., Zhou Y. Cyclic thermal shock behaviour of a Cr2AlC ceramic. Mater. Sci. Eng. A. 2014. Vol. 607. P. 525—529.

8. Tian W.B., Wang P.L., Kan Y.M., Zhang G.J., Li Y.X., Yan D.S. Phase formation sequence of Cr2AlC ceramics starting from Cr—Al—C powders. Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 443. No. 1—2. P. 229—234.

9. Xiao L.O., Li S.B., Song G., Sloof W.G. Synthesis and thermal stability of Cr2AlC. J. Eur. Ceram. Soc. 2011. Vol. 31. No. 8. P. 1497—1502.

10. Duan X., Shen L., Jia D., Zhou Y., van der Zwaag S., Sloof W.G. Synthesis of high-purity, isotropic or textured Cr2AlC bulk ceramics by spark plasma sintering of pressure-less sintered powders. J. Eur. Ceram. Soc. 2015. Vol. 35. No. 5. P. 1393—1400.

11. Panigrahi B.B., Chu M.C., Kim Y. Il, Cho S.J., Gracio J.J. Reaction synthesis and pressureless sintering of Cr2AlC powder. J. Am. Ceram. Soc. 2010. Vol. 93. No. 6. P. 1530—1533.

12. Tian W., Vanmeensel K., Wang P., Zhang G., Li Y., Vleugels J., Van der Biest O. Synthesis and characterization of Cr2AlC ceramics prepared by spark plasma sintering. Mater. Lett. 2007. Vol. 61. No. 22. P. 4442—4445.

13. Merzhanov A.G. The chemistry of self-propagating high-temperature synthesis. J. Mater. Chem. 2004. Vol. 14. No. 12. P. 1779—1786.

14. 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. 2017. Vol. 62. No. 4. P. 203—239.

15. Łopaciński 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. No. 12. P. 3051—3053.

16. Zhu C.-C., Zhu J., Wu H., Lin H. Synthesis of Ti3AlC2 by SHS and thermodynamic calculation based on first principles. Rare Met. 2015. Vol. 34. No. 2. P. 107—110.

17. Konovalikhin S.V., Kovalev D.Y., 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.

18. Юхвид В.И. Высокотемпературные жидкофазные СВС-процессы: Новые направления и задачи. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2006. No. 5. С. 62—78.

19. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: МИСиС, 2011.

20. Горшков В.А., Милосердов П.А., Лугинина М.А., Сачкова Н.В., Беликова А.Ф. Высокотемпературный синтез литого материала с максимальным содержанием MA X-фазы Cr2AlC. Неорган. материалы. 2017. Т. 53. No. 3. С. 260—266.

21. Горшков В.А., Милосердов П.А., Сачкова Н.В., Лугинина М.А., Юхвид В.И. СВС-металлургия литых материалов на основе MA X-фазы Cr2AlC. Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2017. No. 2. С. 47—54.

22. Горшков В.А., Милосердов П.А., Карпов А.В., Щукин А.С., Сычев А.Е. Исследование состава и свойств материала на основе MA X-фазы Cr2AlC, полученного методом СВС-металлургии. Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. No. 5. С. 512—517.

23. Merzhanov A.G., Khaikin B.I. Theory of combustion waves in homogeneous media. Prog. Energy Combust. Sci. 1988. Vol. 14. No. 1. P. 1—98.

24. Merzhanov A.G. Thermally coupled processes of selfpropagating high-temperature synthesis. Dokl. Phys. Chem. 2010. Vol. 434. No. 2. P. 159—162.

25. Shiryaev A. Thermodynamics of SHS processes: A n advanced approach. Int. J. SHS. 1995. Vol. 4. No. 4. P. 351—362.


Для цитирования:


Горшков В.А., Милосердов П.А., Хоменко Н.Ю., Сачкова Н.В. Получение литых материалов на основе MAX-фазы Cr2AlC методом СВС-металлургии с использованием химически сопряженных реакций. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019;(4):14-20. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-4-14-20

For citation:


Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Khomenko N.Yu., Sachkova N.V. Production of cast materials based on Cr2AlC MAX phase by SHS metallurgy using coupled chemical reaction. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2019;(4):14-20. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-4-14-20

Просмотров: 176


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