Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Механизм жидкофазного взаимодействия нанокристаллической композиции (VC0,40О0,53–C)–С с никелидом титана

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-26-35

Полный текст:

Аннотация

Рассматривается возможность связывания в карбидную фазу свободного углерода, присутствующего в нанокристаллической композиции VC0,40O0,53–Cсвоб, полученной в ходе плазмохимического синтеза в низкотемпературной азотной плазме. В качестве карбидообразователя использован титан в виде его никелида TiNi, обладающего температурой плавления, равной 1310 °С. Эксперименты проводились в условиях вакуумного спекания с участием жидкой фазы при температуре 1500 °С в течение 40 мин. На основе данных рентгенографии, растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа определены фазовый состав и особенности микроструктуры спеченных образцов. По результатам экспериментов было изучено жидкофазное взаимодействие нанокристаллической композиции VC0,40O0,53–Cсвоб с никелидом титана, содержание которого изменялось от 10 до 99 мас.%. Было показано, что с увеличением доли TiNi в интервале 10–90 мас.% наблюдается уменьшение содержания Cсвоб и карбида ванадия VC с одновременным повышением количества TiC. При дальнейшем росте содержания никелида титана до 99 мас.% после спекания присутствуют никелиды Ti3Ni4 и Ni3Ti. Содержание свободного углерода увеличивается до 88 мас.%, а количество TiC снижается до 5 мас.%. На основе полученных данных в ходе исследования предложены различные схемы процессов, протекающих при спекании с участием жидкой фазы системы (VC0,40O0,53–Cсвоб)–TiNi. В частности, спекание с участием жидкой фазы протекает в три этапа, включающих плавление TiNi, растворение тугоплавкой основы, ее переосаждение в виде карбидов TiCx и VCx и охлаждение полученной композиции. Следует отметить, что механизм жидкофазного взаимодействия при вакуумном спекании с участием жидкой фазы разработан на закономерностях, представленных в работе М. Гуменика.

Об авторах

Ю. А. Авдеева
Институт химии твердого тела УрО РАН
Россия

науч. сотр. лаборатории структурного и фазового анализа

620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91



А. Н. Ермаков
Институт химии твердого тела УрО РАН
Россия

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. лаборатории структурного и фазового анализа

г. Екатеринбург



И. В. Лужкова
Институт химии твердого тела УрО РАН
Россия

науч. сотр. лаборатории структурного и фазового анализа

г. Екатеринбург



Л. Х. Аскарова
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

канд. хим. наук, доцент кафедры общей химии

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Список литературы

1. Wu K.-H., Jiang Y., Jiao S., Chou K.-C., Zhang G.-H. Synthesis of high purity nano-sized transition-metal carbides. J. Mater. Res. Technol. 2020. Vol. 9. P. 11778— 11790. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.053.

2. Kornaus K., Rączka M., Gubernat A., Zientara D. Pressureless sintering of binderless tungsten carbide. J. Eur. Ceram. Soc. 2017. Vol. 37. P. 4567—4576. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.06.008.

3. Ha D., Kim J., Han J., Kang S. Synthesis and properties of (Hf1–xTax)C solid solution carbides. Ceram. Int. 2018. Vol. 44. P. 19247—19253. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.149.

4. Liu B., Ke S., Shao Y., Jia D., Fan C., Zhang F., Fan R. Formation mechanism for oxidation synthesis of carbon nanomaterials and detonation process for core-shell structure. Carbon. 2018. Vol. 127. P. 21—30. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.10.081.

5. Xie Z., Deng Y., Yang Y., Su H., Zhou D., Liua C., Yang W. Preparation of nano-sized titanium carbide particles via a vacuum carbothermal reduction approach coupled with purification under hydrogen/argon mixed gas. RSC Adv. 2017. Vol. 7. P. 9037—9044. https://doi.org/10.1039/C6RA28264D.

6. Kimmelab Y.C., Espositoab D.V., Birkmireb R.W., Chen J.G. Effect of surface carbon on the hydrogen evolution reactivity of tungsten carbide (WC) and Pt-modified WC electrocatalysts. Int. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. P. 3019—3024. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.11.079.

7. Авдеева Ю.А., Ермаков А.Н., Лужкова И.В., Аскарова Л.Х., Добринский Э.К., Зайнулин Ю.Г. Механизм жидкофазного взаимодействия нанокристаллической композиции (VC0,40О0,53—C) с никелем. Росс. нанотехнологии. 2018. Т. 13. No. 5—6. С. 48—53. Avdeeva Yu.A., Ermakov A.N., Luzhkova I.V., Askarova L.Kh., Dobrinskii E.K., Zainulin Yu.G. Mechanism of liquid-phase interaction of nanocrystalline composition (VC0.40О0.53—C) with nickel. Nanotechnologies in Russia. 2018. Vol. 13. No. 5—6. P. 261—267. https://doi.org/10.1134/S1995078018030035.

8. Авдеева Ю.А., Ермаков А.Н., Лужкова И.В., Аскарова Л.Х., Добринский Э.К., Зайнулин Ю.Г. Твердофазное взаимодействие переконденсированной тонкодисперсной смеси (VC0,40О0,53—C) с гидридом титана. Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. No. 11. С. 106—115. Avdeeva Yu.A., Ermakov A.N., Luzhkova I.V., Askarova L.Kh., Dobrinskii E.K., Zainulin Yu.G. Solid phase interaction of the recondensed finely dispersed mixture (VC0.40O0.53—C) with titanium hydride. Russ. J. Appl. Chem. 2020. Vol. 93. No. 11. P. 1696—1704. https://doi.org/10.1134/S1070427220110105.

9. Гуменик М., Уэйлен Т.Дж. Керметы. Под ред. Дж.Р. Тинклпо, У.Б. Крэндалла. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. С. 18—81. Gumenik M., Waylen T.J. Cermets. Ed. J.R. Tinklepaugh, W.B. Crandall. N.Y.: Reinhold Publ. Corp.; London: Chapman and Hall, Ltd., 1960.

10. Аскарова Л.Х., Щипачев Е.В., Ермаков А.Н., Григоров И.Г., Зайнулин Ю.Г. Влияние ванадия и ниобия на фазовый состав керметов на основе карбида — нитрида титана с титан-никелевой связкой. Неорган. материалы. 2001. Т. 37. No. 2. С. 207—210. Askarova L.Kh., Shchipachev E.V., Ermakov A.N., Grigorov I.G., Zainulin Yu.G. Effects of vanadium and niobium on the phase composition of titanium-carbonitride-base cermets with titanium—nickel binder. Inorg. Mater. 2001. Vol. 37. No. 2. P. 157—160. https://doi.org/10.1023/A:1004161727907.

11. Yin Z., Yan S., Xu W., Yuan J. Microwave sintering of Ti(C, N)-based cermet cutting tool material. Ceram. Int. 2018. Vol. 44. P. 1034—1040. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.10.041.

12. Zhao Z., Qi Q., Ma M., Han R., Shang Q., Yao S. The formation mechanism of TiC/Ni composites fabricated by pressureless reactive sintering. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. Vol. 97. Paper 105524. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105524.

13. Кульков С.Н., Рудай В.В. Микроструктура композиционного материала TiC—TiNi с микроградиентной структурно-неустойчивой матрицей. Известия вузов. Физика. 2012. Т. 55. No. 5—2. C. 166—169. Kulkov S.N., Rudai V.V. Microstructure of TiC—TiNi composite material with microgradient structurally unstable matrix. Izvestiya vuzov. Fizika. 2012. Vol. 55. No. 5—2. P. 166—169 (In Russ.).

14. Сивоха В.П., Миронов Ю.П., Рудай В.В., Кульков С.Н. Структура и свойства композиционных материалов TiC—NiTi, легированных железом. Журн. техн. физики. 2004. Т. 74. Вып. 1. С. 53—57. Sivokha V.P., Mironov Y.P., Ruday V.V., Kulkov S.N. Structure and properties of TiC—TiNi composites alloyed with iron. Tech. Phys. 2004. Vol. 49. P. 52—56. https://doi.org/10.1134/1.1642678.

15. Григоров И.В., Ермакова О.Н., Ермаков А.Н., Мишарина И.В., Зайнулин Ю.Г., Малашин С.И., Добринский Э.К. Структурно-морфологические превращения никелида титана, обработанного в азотной плазме. Металлы. 2010. No. 1. С. 84—89. Grigorov I.G., Ermakova O.N. Ermakov A.N., Misharina I.V., Zainilin Y.G., Malashin S.I., Dobrinskii E.K. Structural-morphological transformation in titanium nickelide treated in a nitrogen plasma. Russ. Metall. 2010. Vol. 2010. No. 1. P. 71—75. https://doi.org/10.1134/S0036029510010143.

16. Стороженко П.А., Гусейнов Ш.Л., Малашин С.И. Нанодисперсные порошки: методы получения и способы практического применения. Росс. нанотехнологии. 2009. No. 1—2. С. 27—39. Storozhenko P.A., Guseinov Sh.L., Malashin S.I. Nanodispersed powders: synthesis methods and practical applications. Nanotechnologies in Russia. 2009. Vol. 4. No. 5. P. 262—274. https://doi.org/10.1134/S1995078009050024.

17. Zalite I., Grabis J., Palcevskis E., Herrmann M. Plasma processed nanosized-powders of refractory compounds for obtaining fine-grained advanced ceramics. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2011. Vol. 18. Paper 062024. DOI: 10.1088/1757-899X/18/6/062024.

18. Filkov M., Kolesnikov A. Plasmachemical synthesis of nanopowders in the system Ti(O,C,N) for material structure modification. J. Nanosci. 2016. Vol. 2016. Paper 1361436. https://doi.org/10.1155/2016/1361436.

19. ГОСТ 7885-86. Углерод технический для производства резины. Технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. GOST 7885-86. Technical carbon for rubber production. Technical conditions. Moscow: IPK Izdatel’stvo standartov, 2002 (In Russ.).

20. Krutskii Y.L., Krutskaya T.M., Gudyma T.S., Gerasimov K.B., Khabirov R.R., Mass A.V. Carbothermal and boron carbide reduction of oxides of some transition metals. MATEC Web Conf. 2021. Vol. 340. Paper 01040. https://doi.org/10.1051/matecconf/202134001040.

21. Zhao Z., Liu Y., Cao H., Gao S., Tu M. Synthesis of vanadium carbide nanopowders by thermal processing and their characterization. Powder Technol. 2008. Vol. 181. P. 31—35. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2007.06.011.

22. Zhou Y., Wang Y., Chou K., Zhang G. Synthesis of high-quality ferrovanadium nitride by carbothermal reduction nitridation method. J. Iron Steel Res. Int. 2021. Vol. 28. P. 255—262. https://doi.org/10.1051/matecconf/202134001040.

23. Zaki Z.I., El-Sadek M.H., Ali H.H., Ahmed H. Synthesis of vanadium carbide by mechanical activation assisted carbothermic reduction. Materials. 2020. Vol. 13. Paper 4408. https://doi.org/10.3390/ma13194408.

24. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. С. 82—88. Chalmers B. Principles of solidification. N.Y., London, Sidney: John Wiley & Sons, Inc., 1964. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-1854-5_5.

25. Жуков М.Ф., Черский И.Н., Черепанов А.Н., Коваленко Н.А., Сабуров В.П., Галевский Г.В., Андрианова О.А., Крушенко Г.Г. Упрочнение металлических полимерных и эластомерных материалов ультрадисперсными порошками плазмохимического синтеза. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1999. Zhukov M.F., Cherskii I.N., Cherepanov A.N., Kovalenko N.A., Saburov V.P., Galevskii G.V., Andrianova O.A., Krushenko G.G. Strengthening of metallic polymer and elastomeric materials with ultrafine powders of plasmachemical synthesis. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya firma RAN, 1999 (In Russ.).

26. Швейкин Г.П., Алямовский С.И., Зайнулин Ю.Г., Гусев А.И., Губанов В.А., Курмаев Э.З. Соединения переменного состава и их твердые растворы. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1984. Shveikin G.P., Alyamovskii S.I., Zainulin Yu.G., Gusev A.I., Gubanov V.A., Kurmaev E.Z. Compounds of variable composition and their solid solutions. Sverdlovsk: UNTs AN SSSR, 1984 (In Russ.).


Рецензия

Для цитирования:


Авдеева Ю.А., Ермаков А.Н., Лужкова И.В., Аскарова Л.Х. Механизм жидкофазного взаимодействия нанокристаллической композиции (VC0,40О0,53–C)–С с никелидом титана. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022;(1):26-35. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-26-35

For citation:


Avdeeva Yu.A., Ermakov A.N., Luzhkova I.V., Askarova L.K. Mechanism of liquid-phase interaction between nanocrystalline composition (VC0.40О0.53–C)–C and titanium nickelide. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2022;(1):26-35. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-26-35

Просмотров: 71


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