Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 3 (2019)
Скачать выпуск PDF

Процессы получения и свойства порошков

4-12 16
Аннотация

Выполнены исследования процесса сфероидизации железного пористого порошка с размером частиц от 45 до 85 мкм в режиме СВЧ-разряда и при совместном воздействии СВЧ и дугового разрядов в плазме азота и гелия. Порошок был приготовлен методом распыления воздухом и затем отожжен в среде водорода. В результате распыления в плазме получены полые сфероидизирванные частицы с толщиной стенки от 1 до 10 мкм. Определена доля сфероидизированных частиц порошка в общем их количестве. Выявлено, что при повышении мощности СВЧ-излучения от 1,5 до 5 кВт происходит линейное увеличение степени сфероидизации частиц железного порошка. При использовании режима гибридного плазмотрона наблюдается совмещение условий работы СВЧ-излучения с дуговым разрядом, что позволяет повысить температуру плазмы. При соотношении мощностей СВЧ и дугового разрядов 1 : 1 получена практически 100 %-ная сфероидизация железного порошка. Металлографическое исследование сфероидизированных частиц показало, что их конечный размер отличается от исходного примерно в 10 раз. Установлено, что независимо от режима сфероидизации происходит окисление железного порошка, которое обусловлено недостаточной степенью очистки плазмообразующих газов. Структура поверхности частиц при использовании азота или гелия в качестве плазмообразующего газа различна. Эксперименты показали, что применение гелия является более предпочтительным, так как в этом случае частицы имеют лишь незначительную шероховатость в сравнении со структурой частиц при сфероидизации на азоте.

13-25 14
Аннотация

Представлены результаты исследования различными физико-химическими методами частиц композитов алюминий–модификатор–кварц после механохимической обработки (МХО) в планетарно-центробежной мельнице. В качестве модификаторов использовались графит (С), поливиниловый спирт (ПВС) и стеариновая кислота (СК). Для повышения диспергируемости пластичных металлических порошков (металл–модификатор) процесс МХО проводился в присутствии кварца, массовая доля которого в композите варьировалась от 5 до 20 %. При увеличении содержания графита от 5 до 20 %, а SiO2 от 5 до 10 % в составе композитов алюминий–модификатор–кварц наблюдалось наибольшее измельчение частиц алюминия. При МХО системы Al–СК–SiO2 с повышением содержания кварца в композите размер частиц уменьшается, а кристаллитов – повышается. Максимальную дефектность алюминия после МХО показали образцы Al–СК–5%SiO2. Для состава Al–ПВС–SiO2 после МХО наблюдалось увеличение частиц и, соответственно, снижение удельной поверхности при достаточно малых размерах кристаллитов. Показано, что с ростом содержания кварца в системе в результате МХО повышается дефектность кристаллической структуры алюминиевых частиц. Синтезированный порошковый материал в таком случае представляет собой композиционное образование из частиц алюминия и кварца, связанных полимером, полученным на основе поливинилового спирта. В результате МХО смеси Al–модификатор–SiO2 повышается активность порошка как вследствие накопления и перераспределения дефектов в частицах алюминия, так и за счет изменения структуры поверхности в результате внедрения модифицирующих добавок в разрушаемый оксидный слой. Представлена концептуальная модель трансформации поверхностного слоя и субзеренной структуры алюминиевых частиц в ходе МХО.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

26-35 24
Аннотация

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакционных порошковых смесях титана, углерода (сажи) и алюминия получены металломатричные композиты TiC + Al-связка. Установлено, что устойчивое горение в стационарном волновом режиме возможно при содержании в реакционных смесях до 50 мас.% порошка алюминия. Дроблением синтезированных рыхлых спеков и последующим ситовым рассевом получены композиционные порошки комковатой, близкой к равноосной формы, благоприятной для хорошей сыпучести, которая необходима при использовании порошков в технологиях наплавки и напыления износостойких покрытий. Продукты синтеза исследованы методами растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного (РСА) и микрорентгеноспектрального (EDX) анализа. Установлено, что средний размер карбидных включений в структуре композитов монотонно уменьшается по мере увеличения содержания в реакционных смесях инертного в тепловом отношении порошка алюминия. Параметр кристаллической решетки карбида титана, определенный методом РСА, оказался немного меньше известных значений для карбида эквиатомного состава. При этом зависимости параметра решетки от содержания алюминия в композитах не обнаружено. Методом EDX исследованы карбидные включения в структуре композита и установлено, что содержание титана соответствует его концентрации в карбиде эквиатомного состава. Кроме титана и углерода карбид содержит до 2,5 мас.% растворенного алюминия, который может влиять на параметр решетки карбида.

36-41 17
Аннотация

В режиме фильтрационного горения в азоте пористых образцов из консолидированного при термовакуумной обработке интерметаллидного порошка TiAl получен композиционный материал TiN/TiAl3/Ti2AlN. По данным рентгенофазового анализа продуктов горения было рассчитано массовое содержание каждой фазы, которое составило 42 % TiN, 35 % TiAl3, 20 % Ti2AlN и 3 % TiAl. Синтезированный композиционный материал, содержащий МАХ-фазу Ti2AlN, является хорошим электрическим проводником, демонстрирующим металлический характер проводимости. По стандартной 4-точечной методике при постоянном токе проведены измерения удельного электросопротивления синтезированного материала в диапазоне температур 300–1300 K в вакууме 2·10–3 Па. Выявлено, что с увеличением температуры удельное электросопротивление линейно возрастает от 0,35 до 1,25 мкОм·м. Повторные измерения этого показателя при последующих циклах нагрева– охлаждения продемонстрировали полное совпадение результатов, что свидетельствует о стабильности электрофизических свойств данного материала в исследованном диапазоне температур.

42-48 45
Аннотация

Представлены результаты исследования коррозионной стойкости порошка эвтектического сплава TiB2–TiN в среде минеральных кислот HCl и HNO3. Опыты проводились на синтезированных в режиме горения и впоследствии измельченных в агатовой ступке образцах. В полученных порошках были определены морфология частиц, их распределение по размерам и удельная поверхность. В экспериментах по изучению коррозионной стойкости варьировали концентрации кислот в интервале от 0,2 до 6,0 М и температуру процесса от 25 до 80 °С. Химический анализ исследуемых продуктов взаимодействия с агрессивной средой проводили на определение содержания основных элементов (титана, бора, азота) по методикам, разработанным для тугоплавких соединений. В результате было показано, что наибольшей стойкостью обладают образцы при взаимодействии с растворами разбавленных кислот при комнатной температуре, а при увеличении концентрации кислоты и/или температуры процесса их стойкость снижается. Было обнаружено, что во всех рассмотренных в работе случаях взаимодействие с кислотой происходит как с фазой TiB2, так и с TiN. При этом быстрее протекала реакция с участием фазы TiB2. Впервые при комнатной температуре и концентрации кислот 1,0 M определены глубинные показатели коррозии и оценена коррозионная устойчивость сплава в среде HCl и HNO3. На основании полученных данных исследуемый сплав был отнесен к группе «стойких» материалов. Коррозионная устойчивость по 10-балльной шкале в средах HCl и HNO3 составила 4 и 5 баллов соответственно.

Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы

49-56 26
Аннотация

Изучено влияние давления прессования при полусухом прессовании в стальной пресс-форме нанопорошка диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия, на фазовый состав и микроструктуру получаемых прессовок, а также спеченных при температуре 1400 °С в течение 2 ч образцов. В качестве временной технологической связки выбран водный раствор поливинилового спирта. Содержание оксида иттрия в синтезированном по золь-гель-технологии (осаждение водно-аммиачным раствором из водно-этанольных растворов соответствующих реагентов с добавкой агар-агара) порошке, по данным рентгенофлуоресцентного анализа, составило 3,2 мол.%. Представлены результаты исследования прессовок и спеченных образцов методами спектроскопии комбинационного рассеяния света, оптической и атомносиловой микроскопии. Установлено, что рост их плотности не является монотонным процессом. Существует критический интервал давлений прессования Р = 400÷450 МПа, в котором происходит резкое изменение пористости, формы и размеров пор, микроструктуры и фазового состава материала. В прессованных образцах наряду с тетрагональным диоксидом циркония зафиксирована моноклинная фаза, содержание которой изменяется при варьировании значений Р. Измельчение зерен материала связано с процессом разрушения агломератов и активно происходит в интервале Р = 350÷550 МПа. Аналогичный эффект при исследовании процесса прессования нанопорошков диоксида циркония отмечали и другие исследователи, высказавшие предположение, что отклик нанопорошковой системы на воздействие давления связан с влиянием на водную компоненту (в данном случае временную технологическую связку) и обусловлен переходом одной формы воды в другую при температуре 10–25 °С и давлении 400–700 МПа.

Применение порошковых материалов и функциональных покрытий

57-64 8
Аннотация

Представлены результаты исследования структуры наплавочных материалов на основе мартенситно-стареющих сплавов систем Fe–Cr–Ni–Мо и Fe–Co–Ni–Мо, полученных методом плазменной порошковой наплавки. В качестве легирующего элемента был выбран кремний, что позволило значительно повысить технико-экономические показатели таких материалов. Сравнение мартенситно-стареющих сталей с высокоуглеродистыми показало преимущество первых в качестве износоустойчивого материала вследствие повышенного сопротивления развитию трещины. В ходе исследований использованы микроскопический, рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный методы анализа. Проведены испытания наплавочных материалов на изнашивание и внутреннее трение. В результате экспериментов в их составе обнаружены частицы оксида кремния, а также силициды хрома и модибдена, которые участвуют в процессе упрочнения наплавочных материалов. Определена плотность силицидных частиц, которая изменяется в зависимости от количества кремния в материале. Рассмотрено влияние содержания кремния на твердость материала. На основе полученных данных о структуре и фазовом составе композиций Fe–Cr–Ni–Мо и Fe–Co–Ni–Мо, легированных кремнием, как в исходном, так и в состаренном состояниях предложена структурно-физическая модель их упрочнения в процессе старения. Результаты экспериментов показали, что процесс термической обработки активно влияет на интенсивность изнашивания и весовой износ, снижая их значения, что характерно для сплавов на основе как Fe–Cr–Ni–Мо, так и Fe–Co–Ni–Мо. С учетом этих данных была получена структурно-технологическая модель изнашивания исследуемых наплавочных материалов.

65-72 41
Аннотация

В последние десятилетия производители ювелирных изделий начали применять недрагоценные сплавы с целью снижения производственных затрат. Однако при этом у большого числа потребителей возникает аллергическая (сенсибилизирующая) реакция организма на украшения из таких материалов. Нанесение на них гипоаллергенного покрытия может снизить негативное влияние ювелирного изделия на организм. Одним из материалов, биологически инертных по отношению к тканями организма человека, является цирконий. В работе рассмотрены покрытия на основе циркония, наносимые методом магнетронного напыления. Было изучено 11 режимов нанесения покрытий из оксинитрида циркония на подложку из стали 12Х17 и проведены испытания их твердости и коррозионной стойкости в растворе Хенкса, а также определены их цветовые характеристики в цветовых системах CIE 1976 L*a*b* и RGB. Толщина покрытий составляла 0,4–1,2 мкм. Установлено, что покрытия имеют микротвердость 2,5–3,0 ГПа и могут имитировать цвет ювелирных изделий. С помощью микрорентгеноспектрального анализа было определено что покрытия состоят из Zr, N и O. Были подобраны режимы нанесения, при которых получались покрытия металлического типа с высокой отражающей способностью в области, близкой к инфракрасному спектру (<1,7 эВ), имеющие золотистый оттенок и высокое значение яркости. Экспериментально показано, что покрытия практически не корродируют в растворе Хенкса. Опытные испытания ювелирных изделий с покрытием из оксинитрида циркония, проведенные на респонденте с выраженной аллергической реакцией на бижутерию, показали положительный результат – отсутствие признаков кожной аллергии. Полученные данные позволяют рекомендовать магнетронный способ нанесения покрытий на основе циркония для применения при изготовлении бижутерии.



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