Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Синтез литых материалов на основе МАХ-фаз в системе Cr–Ti–Al–C

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-13-21

Полный текст:

Аннотация

Используя совместно два варианта процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: СВС из элементов и СВС-металлургии, получены литые материалы на основе MAX-фаз Cr2AlC и (Cr0,7Ti0,3)2AlC. В экспериментах применялись смеси с составами, рассчитанными согласно химической схеме 70%(Cr2O3 + 3Al + C)/(2Ti + Al + C) + + 30%(3CaO2 + 2Al). Синтез осуществлялся в реакторе объемом 3 л при давлении аргона 5 МПа. Структуру и фазовый состав продукта реакции исследовали методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. В ходе работы установлено существенное влияние соотношения исходных реагентов на параметры синтеза и фазовый состав целевых продуктов. Показана возможность получения литого материала на основе легированной титаном фазы Cr2AlC. Выявлено, что полученный продукт является композиционным материалом на основе фазы (Cr1–хTiх)2AlC (х = 0,18÷0,28), содержание которой составляет 43–62 мас.% в зависимости от исходного соотношения реагентов. Микроструктура материала характеризуется наличием ламинатных слоев с включениями карбидных зерен. В конечном продукте присутствуют примесные карбидные (Ti0,9Cr0,1C, Cr7C3, Cr3С2) и интерметаллидные (Al8Cr5, AlTi3) соединения, что обусловлено недостаточным временем существования расплава, формирующегося в волне горения.

Об авторах

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

Докт. техн. наук, вед. науч. сотрудник лаборатории жидкофазных СВС-процессов и литых материалов

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



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

Науч. сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований

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



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

Канд. техн. наук, зав. лабораторией рентгеноструктурных исследований

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



Список литературы

1. Barsoum M.W. MAX phases. Properties of machinable ternary carbides and nitrides. 1-st ed. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2013.

2. Hettinger J. D., Lofland S. E., Finkel P., Meehan T., Palma J., Harrell K., Gupta S., Ganguly A., El-Raghy T., Barsoum M.W. Electrical transport, thermal transport, and elastic properties of M2AlC (M = Ti, Cr, Nb, and V). Phys. Rev. B. 2005. Vol. 72. P. 115—120.

3. Barsoum M.W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases. Annu. Rev. Mater. Res. 2011. Vol. 41. P. 195—227.

4. Radovic M., Barsoum M.W. MAX phases: Bridging the gap between metals and ceramics. Amer. Ceram. Soc. Bull. 2013. Vol. 92. No. 3. P. 20—27.

5. Poon B., Ponson L., Zhao J., Ravichandran G. Damage accumulation and hysteretic behavior of MAX phase materials. J. Mech. Phys. Solids. 2011. Vol. 59. P. 2238—2257.

6. Md. Atikur Rahman, Md. Zahidur Rahaman. Study on structural, electronic, optical and mechanical properties of MAX phase compounds and applications review article. Amer. J. Modern Phys. 2015. Vol. 4. No. 2. P. 75—91.

7. Tian W.B., Wang P.L., Zhang G., Kan Y., Li Y., and Yan D. Synthesis and thermal and electrical properties of bulk Cr2AlC. Scripta Mater. 2006. Vol. 54. P. 841—846.

8. Lin Z., Zhou Y., Li M. Synthesis, microstructure, and property of Cr2AlC. J. Mater. Sci. Technol. 2007. Vol. 23. No. 6. P. 721—746.

9. Schneider J. M., Sun Z., Mertens R., Uestel F., Ahuja R. Ab-Initio calculations and experimental determination of the structure of Cr2AlC. Solid State Commun. 2004. Vol. 130. P. 445—449.

10. Tian W., Vanmeensel K., Wang P., Zhang G., Li Y., Vleugels J., Biest O. Synthesis and characterization of Cr2AlC ceramics prepared by spark plasma sintering. Mater. Lett. 2007. Vol. 61. P. 4442—4445.

11. Tian W., Sun Z., Du Y., Hashimoto H. Synthesis reactions of Cr2AlC from Cr—Al4C3—C by pulse discharge sintering. Mater. Lett. 2008. Vol. 62. P 3852—3855. DOI:10.1016/j.matlet.2008.05.001.

12. Tian W., Wang P., Kana Y., Zhang G., Li Y., Yan D. Phase formation sequence of Cr2AlC ceramics starting from Cr—Al—C powders. Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 443. . 229—234. DOI:10.1016/j.msea.2006.08.064.

13. Kim C., Hwang S., Ha J., Kang S., Cheong D. Synthesis of a Cr2AlC—Ti2AlC ternary carbide. J. Ceram. Process. Res. 2010. Vol. 11. No. 1. P. 82—85.

14. Zhimou Liu, Liya Zheng, Luchao Sun, Yuhai Qian, Jingyang Wang, Meishuan Li. (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 and (Cr5/8Ti3/8)4AlC3: New MAX-phase compoundsin Ti— Cr—Al—C system. J. Amer. Ceram. Soc. Vol. 97. No. 1. 2013. P. 1—3. DOI: 10.1111/jace.12731.

15. Thien C. Duong, Anjana Talapatra, Woongrak Son, Miladin Radovic, Raymundo Arróyave. On the stochastic phase stability of Ti2AlC—Cr2AlC. Sci. Rep. 2017. Vol. 7. P. 5138—5138. DOI: 10.1038/s41598-017-05463-1.

16. Horlait D., Grasso S., Al Nasiri N., Burr P.A., Lee W.E. Synthesis and oxidation testing of MAX phase composites in the Cr—Ti—Al—C quaternary system. J. Amer. Ceram. Soc. 2016. Vol. 99. No. 2. P. 682—690. DOI: 10.1111/jace.13962.

17. Merzhanov A.G. SHS on the pathway to industrialization. Int. J Self-Propag. High-Temp. Synth. 2001. Vol. 10. No. 2. P. 237.

18. Merzhanov A.G. The chemistry of self-propagating hightemperature synthesis. J. Mater. Chem. 2004. Vol. 12. P. 1779—1786.

19. 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. DOI: 10.1080/09506608.2016.1243291.

20. Łopacinski M., Puszynski J., Lis J. Synthesis of ternary titanium aluminum carbides using self-propagating high-temperature synthesis technique. J. Amer. Ceram. Soc. 2001. Vol. 84. No. 12. P. 3051—3053. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2001.tb01138.x.

21. Chun-Cheng Zhu, Jia Zhu, Hua Wu, Hong Lin. Synthesis of Ti3AlC2 by SHS and thermodynamic calculation based on first principles. Rare Metals. 2015. Vol. 34. No. 2. P. 107—110. DOI: 10.1007/s12598-013-0174-2.

22. 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. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. Vol. 23. No. 4. P. 217—221. DOI: 10.3103/S1061386214040049.

23. Горшков В.А., Милосердов П.А., Лугинина М.А., Сачкова Н.В., Беликова А.Ф. Высокотемпературный синтез литого материала с максимальным содержанием МАХ-фазы Cr2AlC. Неорган. материалы. 2017. Т. 53. No. 3. С. 260—266. DOI: 10.7868/S0002337X1703006X.

24. Горшков В.А., Милосердов П.А., Сачкова Н.В., Лугинина М.А., Юхвид В.И. СВС-металлургия литых материалов на основе MAX-фазы Cr2AlC. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. No. 2. С. 47—54. DOI: 10.17073/1997-308X-2017-2-47-54.

25. Горшков В.А., Милосердов П.А., Карпов А.В., Щукин А.С., Сычев А.Е. Исследование состава и свойств материала на основе MAX-фазы Cr2AlC, полученного методом СВС-металлургии. Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. No. 5. С. 512—517. DOI: 10.1134/S0015323019050048.

26. 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. No. 4. С. 14—20. DOI: 10.17073/1997-308X-2019-4-14-20.

27. Crystallography open database. http://www.crystallography.net/cod.

28. Barsoum M.W., El-Raghy T. Synthesis and characterization of a remarkable ceramic: Ti3SiC2. J. Amer. Ceram. Soc. 1996. Vol. 79. P. 1953—1956. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1996.tb08018.x.

29. Lee D.B., Nguyen T.D. Cyclic oxidation of Cr2AlC between 1000 and 1300 °C in air. J. Alloys Compd. 2008. Vol. 464. P. 434—439. DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.10.018.

30. Ying G.B., He X., Du S., Zheng Y., Zhu C., Wu Y., Wang C., (Xiaodong He, Shanyi Du, Yongting Zheng, Chuncheng Zhu, Yuping Wu, Cheng Wang). Kinetics and numerical simulation of self-propagating high-temperature synthesisin Ti—Cr—Al—C systems. Rare Met. 2014. Vol. 33. No. 5. P. 527—533.

31. Schuster J. C., Nowotny H., Vaccaro C. The ternary systems: CrAlC, VAlC, and TiAlC and the behavior of H-phases (M2AlC). J. Solid State Chem. 1980. Vol. 32. No. 2. P. 213—219. DOI: 10.1016/0022-4596(80)90569-1.


Рецензия

Для цитирования:


Горшков В.А., Хоменко Н.Ю., Ковалев Д.Ю. Синтез литых материалов на основе МАХ-фаз в системе Cr–Ti–Al–C. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021;(2):13-21. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-13-21

For citation:


Gorshkov V.A., Khomenko N.Yu., Kovalev D.Yu. Synthesis of cast materials based on MAX phases in Cr–Ti–Al–C system. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2021;(2):13-21. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-13-21

Просмотров: 103


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