Исследования микроструктуры интерметаллидов на основе Ti-Al-Nb, после искрового плазменного спекания
Ключевые слова:
интерметаллид, микроструктура, искровое плазменное спекание, физико-механические свойства.Аннотация
В данной статье представлены результаты аналитического обзора отечественных и зарубежных исследований по проблеме получения интерметаллидных материалов. Представлены краткие характеристики порошковых смесей интерметаллидов различных типов, общие сведения о структуре и их физико-механических свойствах, методы получения интерметаллидов. Также была проведена обширная экспертиза метода спеканий искровой плазмы, который в последнее время получил широкое распространение. Исследован элементный и фазовый состав материалов, полученных методом искрово-плазменного спекания, и их изменение по полученным глубинам дисперсных прекурсоров. Также рассмотрены заготовки, полученные методом искровой плазменной сварки и методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Обсуждались метод диффузионной пары и метод направленной кристаллизации. Особое внимание было уделено вопросам формирования полученных интерметаллитов с использованием технологии искровой плазменной спекания, сделаны выводы о перспективах искровой плазменной обработки. Рассмотрены характеристики фазового равновесия тройной системы на основе титана, фазовый состав соответствующих сплавов и их структуры.
Библиографические ссылки
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Ковтунов А.И., Мямин С.В. Интерметаллидные сплавы // – ФГБОУ ВО, – 2018. – 432 с.
Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов / М.: – МИСИС издательский дом, 2008. – 326 с.
Антипов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии / М.: – МИСИС издательский дом 2017. С. 186–184.
Григорьева Т.Ф., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Интерметаллиды – новый класс лёгких жаропрочных и жаростойких материалов. / М.: – МИСИС издательский дом – 2015. С. 414–416.
Соколовская Е.М., Гузеи Л.С. Металлохимия. Издательство МГУ / М.: – МИСИС издательский дом – 2000. С. 2–3.
Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем / М.: – МИСИС издательский дом – 2009. С. 907–913.
Баррет Ч.С., Масальски Т.Б. Структура металлов. Т.2. Металлургия / – 2019. – 211с.
Умански Я.С., Скаков Ю.А. Физика металлов // М.: – МИСИС издательский дом – 2011. – 412 с.
Итин В., Найбороденко. Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. М.: Физматлит – 2011. – 227 с.
Браун А., Вестбрук Дж. Методы получения интерметаллидов. Интерметаллические соединения // М.: Физматлит – 2014. С. 5–6.
Мержанов А.Г. Способ синтеза тугоплавких неорганических соединений. Авт. свид. № 255221 / А.Г. Мержанов, В.М. Шкиро, И.П. Боровинская // М.: Физматлит – 1967. – 112 с.
Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез / А.Г. Мержанов, И.П. Боровинская /М.: Физматлит – 1972. С. 366–369.
Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. – М.: Физматлит. – 2012. – 400 с.
Merzhanov A. G. Self-propagating high-temperature synthesis: Twenty years of search and findings // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – New York: VCH Publishers. – 1990. Р. 1–53.
Raghavan, V. Al-Nb-Ti (Aluminum – Niobium – Titanium) / V. Raghavan // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. – 2005. Р. 360–368.
Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства / М.: ВИЛС – МАТИ, 2009. – 520 c.
Ажажа В.М., Тихонов М.А., Шепелев А.Г. и др. // Вопросы атомн. науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники. – М.: Физматлит 2006. Nо 1. С. 145–152.
Huang A., Hu D., Xinhua WuLoretto, M.H. The Influence of Interrupted Cooling on the Massive Transformation in Ti46Al8Nb // Intermetallics. – 2007. – 144 р.
Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учеб. для вузов / А.Б. Колачёв, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. – Москва, – 2005. – 432 с.
Effect of interface behavior between particles on properties of pure Al powder compacts by spark plasma sintering [Text] / G. Xie, O. Ohashi, T. Yoshioka, M. Song, K.Mitsuishi, H. Yasuda, K. Furuya, T. Noda // Materials Transactions. – 2001. – 42 р.
Toshio, M. Effects of unidirectional solidification conditions on the microstructure and tensile properties of 〖Ni〗_3Al / M. Toshio, H. Toshiyuki // Intermetallics. – 1995. Р. 23–33.
Баринов В.Ю., Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Московских Д.О., Колобов Ю.Р. Искровое плазменное спекание. М.: Физматлит – 2018. – 224 с.
Колачёв Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учеб. для вузов / А.Б. Колачёв, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. – Москва МИСиС, 2005. – 432 с.
Groza J.R. Nanostructures bulk solids by field activated sintering / J.R. Groza, A. Zavaliangos // Reviews on advanced materials science. M. Tokita – 2003. 24–32 р.
Tokita M. Trends in Advanced SPS (Spark Plasma Sintering) Systems and Technology / M. Tokita // Journal of the Society of Powder Technology. –1993. Р. 790–804.
Славянов Н.Г. Труды и изобретения / Н.Г. Славянов. – Пермь: Кн. изд-во, 1988. – 296 с.
Fridman S.R., Risovany V.D. Zakharov A.V., Toropova V.G. Radiation stability of WWER-1000 CPS AR absorber element with boron carbide // VANT.S: Physics of radiation damages and radiation science of materials. 2001. Р. 84–90.
Consolidation/synthesis of materials by electric current activated/assisted sintering [Text] / R. Orru, R. Licheri, A.M. Locci, A. Cincotti, G. Cao // Materials Science and Engineering: M. Tokita – 2009. Р. 127–287.
Munir Z.A. Synthesis and densification of nanomaterials by mechanical and field activation / Z.A. Munir // Journal of Materials Synthesis and Processing. M. Tokita – 2000. Р. 189–196.
Lee J.W. Dense nanocrystalline TiB2-TiC composites formed by field activation from high-energy ball milled reactants / J.W. Lee, Z.A. Munir, M. Ohyanagi // Materials Science and Engineering: M. Tokita – 2002. Р. 221–227.
Omori M. Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS) / M. Omori // Materials Science and Engineering: M. Tokita – 2000. Р. 183–188.
Microstructures and mechanical properties of TiAl alloys consolidated by spark plasma sintering / A. Couret, G. Molénat, J. Galy, M. Thomas // Intermetallics. M. Tokita – 2008. P. 1134–1141.
Effect of surface oxide films on the properties of pulse electric-current sintered metal powders / G. Xie, O. Ohashi, N. Yamaguchi, A. Wang Metallurgical and Materials Transactions A. – 2003. P. 2655–2661.
Tokita M. Trends in Advanced SPS (Spark Plasma Sintering) Systems and Technology / M. Tokita // Journal of the Society of Powder Technology. M. Tokita – 1993. Р. 790–804
Synthesis of bulk FeAl nanostructured materials by HVOF spray forming and Spark Plasma Sintering / T. Grosdidier, G. Ji, F.Bernard, E. Gaffet, Z.A. Munir, S. Launois // Intermetallics. M. Tokita – 2006. – Vol. 14. – P. 1208–1213.
Spark Plasma Sintering of nanoscale (Ni+Al) powder mixture [Text] / J.S. Kim, H.S. Choi, D. Dudina, J.K. Lee, Y.S. Kwon // Solid State Phenomena. M. Tokita – 2007. Р. 35–38.
Mamedov V. Spark plasma sintering as advanced PM Sintering method [Text] / V. Mamedov // Powder Metallurgy. – 2002. Р. 322–328.
Болдин М.С. Физические основы технологии электромпульсного плазменного спекания / М.С. Болдин. – учеб.-метод. пособие Нижегород. гос. ун-т. – Нижний Новгород, 2012. – 59 с.
Анненков Юрий Михайлович, Акарачкин Сергей Анатольевич и Ивашутенко Александр Сергеевич // Физическая модель искрового плазменного спекания керамики. –2012. С. 1–2.
Еремеева Ж.В., Мякишева Л.В., Панов В.С. Искровое плазменное спекание и горячее прессование заготовок из карбида бора, полученного различными методами. М. // «МИСиС» – 2018.
Шевцова Л.И. Структура и механические свойства интерметаллида ni3 al, полученного по технологии искрового плазменного спекания механически активированной порошковой смеси «Ni–Al» // M. Tokita – 2014. – 12 с.
Шевцова Л.И., Иванчик И.С., Волков Д.С., Немолочнов Д.А. // – Минск: Беларуская навука – 2019. С. 21–27.
Huang Y.D. Effect of thermomechanical processes on room-temperature mechanical properties of Fe3Al-based alloys / Y.D. Huang, W.Y. Yang, Z.Q. Sun. Journal of Materials Science Letters. – 1998. Р. 1781 – 1784.
Батаев И.А., Мали В.И., Анисимов А.Г. Влияние температуры нагрева на структуру и механические свойства материала, полученного искровым плазменным спеканием порошка ПН85Ю15. / – Минск: Беларуская навука – 2013. 36 с.
Колпаков М.Е., Дресвянников А.Ф., Доронин В.Н. Результаты исследования объемных образцов системы Al-Fe-Co, полученных sps-методом. / – Минск: Беларуская навука – 2013. – 321 с.
Shuleshova T.G., Woodcock H.-G., et al. Metastable Phase Formation in Ti-Al-Nb Undercooled Melts // Acta Materialia. – 2007. Р. 681–689
Колпаков М.Е., Дресвянников А.Ф., Доронин В.Н. Искровое плазменное спекание прекурсора на основе элементных Fe, Co, Al / – Минск: Беларуская навука – 2011. C. 1-2.
Колпаков М.Е. Образование металлических осадков на суспензионном алюминиевом электроде в водных растворах железа (III) и кобальта (II) // М.Е. Колпаков, А.Ф. Дресвянников Вестник Казан. технол. ун-та. – 2011. С. 173–178
Каракозов Б.К., Курбанбеков Ш.Р., Ситников А.А., Бакланов В.В, Скаков М.К. Исследование структурно-фазового состояния сплава Ti23.5ат.%Al-21ат.%Nb, полученного методом искроплазменного спекания / – Минск: Беларуская навука, – 2017. С. 462–469.
REFERENCES
Kovtunov A.I., Myamin S.V. Intermetallidnye splavy [Intermetallic alloys] // – FGBOU VO, – 2018. – 432 s. [in Russian]
Kolachev, B.A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka cvetnyh metallov i splavov [Metallology and heat treatment of non-ferrous metals and alloys] / B.A. Kolachev, V.I. Elagin, V.A. Livanov / – MISIS izdatelski dom, – 2008. – 326 s. [in Russian]
Antipov V.V. Perspektivy razvitiya alyuminievyh, magnievyh i titanovyh splavov dlya izdelij aviacionno-kosmicheskoj tekhniki [Prospects for the development of aluminum, magnesium and titanium alloys for aerospace products] // Aviacionnye materialy i tekhnologii / 2017. S. 186–184. [in Russian]
Grigoreva T.F., Barinova A.P., Lyahov N.Z. // Intermetallidy – novyj klass lyogkih zharoprochnyh i zharostojkih materialov [Intermetallides are a new class of lightweight heat–resistant and heat-resistant materials] – 2015. S. 414–416. [in Russian]
Sokolovskaya E.M., Guzei L.S. Metallohimiya [Metal chemistry] / Izdatelstvo MGU –2000. S. 2–3. [in Russian]
Vol A.E. Stroenie i svojstva dvojnyh metallicheskih sistem [Structure and properties of double metal systems] / – 2009. S. 907–913. [in Russian]
Barret CH.S., Masalski T.B. Struktura metallov. T.2. Metallurgiya [Structure of metals. Vol.2. Metallurgy] – 2019. – 211 s. [in Russian]
Umanski YA.S., Skakov YU.A. Fizika metallov [Physics of metals] // – 2011. – 412 s. [in Russian]
Itin V., Najborodenko YU.S. Vysokotemperaturnyjsintez intermetallicheskih soedinenij [High-temperature synthesis of intermetallic compounds] // – 2011. – 227 s. [in Russian]
Braun A., Vestbruk Dzh. Metody polucheniya intermetallidov. Intermetallicheskie soedineniya [Methods of obtaining intermetallides. Intermetallic compounds] // – 2014. S. 5–6. [in Russian]
Merzhanov A.G. Sposob sinteza tugoplavkih neorganicheskih soedinenij [Method of synthesis of refractory inorganic compounds]. Avt. svid. № 255221 / A.G. Merzhanov, V.M. Shkiro, I.P. Borovinskaya // – 1967. – 112 s. [in Russian]
Merzhanov A.G. Samorasprostranyayushchijsya vysokotemperaturnyj sintez [Self-propagating high-temperature synthesis] / A.G. Merzhanov, I.P. Borovinskaya / – 1972. S. 366–369. [in Russian]
Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Gorenie dlya sinteza materialov: vvedenie v strukturnuyu makrokinetiku [Gorenje for the synthesis of materials: an Introduction to Structural Macrokinetics]. – M.: Fizmatlit. – 2012. – 400 s. [in Russian]
Merzhanov A. G. Self-propagating high-temperature synthesis: Twenty years of search and findings // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – New York: VCH Publishers. – 1990. P. 1–53.
Raghavan, V. Al-Nb-Ti (Aluminum – Niobium – Titanium) / V. Raghavan // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. – 2005. P. 360–368.
Ilin A.A., Kolachev B.A., Polkin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svojstva [Titanium alloys. Composition, structure, properties] / M.: VILS – MATI, 2009. – 520 s. [in Russian]
Azhazha V.M., Tihonov M.A., Shepelev A.G. i dr. // Voprosy atomn. nauki i tekhniki [Nuclear issues. science and technology]. Seriya: Vakuum, chistye materialy, sverhprovodniki. – 2006. No.1. S. 145–152. [in Russian]
Huang A., Hu D., Xinhua WuLoretto, M.H. The Influence of Interrupted Cooling on the Massive Transformation in Ti46Al8Nb // Intermetallics. – 2007. – 144 p.
Kolachyov, B. A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka cvetnyh metallov i splavov [Metallology and heat treatment of non-ferrous metals and alloys]: ucheb. dlya vuzov / A. B. Kolachyov, V. I. Elagin, V. A. Livanov. – Moskva, – 2005. – 432 s. [in Russian]
Effect of interface behavior between particles on properties of pure Al powder compacts by spark plasma sintering [Text] / G. Xie, O. Ohashi, T. Yoshioka, M. Song, K.Mitsuishi, H. Yasuda, K. Furuya, T. Noda // Materials Transactions. – 2001. – 42 p. [in Russian]
Toshio M. Effects of unidirectional solidification conditions on the microstructure and tensile properties of 〖Ni〗_3Al / M. Toshio, H. Toshiyuki // Intermetallics. – 1995. P. 23–33
Barinov V.YU., Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Moskovskih D.O., Kolobov YU.R. Iskrovoe plazmennoe spekanie [Spark plasma sintering] – 2018. – 224 s. [in Russian]
Kolachyov B.A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka cvetnyh metallov i splavov [Metallology and heat treatment of non-ferrous metals and alloys]: ucheb. dlya vuzov / A.B. Kolachyov, V. I. Elagin, V. A. Livanov. – Moskva MISiS, – 2005. – 432 s. [in Russian]
Groza J.R, Nanostructures bulk solids by field activated sintering / J.R. Groza, A. Zavaliangos // Reviews on advanced materials science. – 2003. P. 24–32.
Tokita M. Trends in Advanced SPS (Spark Plasma Sintering) Systems and Technology / M. Tokita // Journal of the Society of Powder Technology. – 1993. P. 790–804.
Slavyanov N.G. Trudy i izobreteniya [Works and inventions] / N.G. Slavyanov. – Perm: Kn. izd-vo, 1988. – 296 s. [in Russian]
Fridman S.R., Risovany V.D. Zakharov A.V., Toropova V.G. Radiation stability of WWER-1000 CPS AR absorber element with boron carbide // VANT. S: Physics of radiation damages and radiation science of materials. 2001. P. 84–90.
Consolidation/synthesis of materials by electric current activated/assisted sintering [Text] / R. Orru, R. Licheri, A. M. Locci, A. Cincotti, G. Cao // Materials Science and Engineering: – 2009. P. 127–287.
Munir Z.A. Synthesis and densification of nanomaterials by mechanical and field activation / Z.A. Munir // Journal of Materials Synthesis and Processing. – 2000. P. 189–196.
Lee J.W. Dense nanocrystalline TiB2-TiC composites formed by field activation from high-energy ball milled reactants / J.W. Lee, Z.A. Munir, M. Ohyanagi // Materials Science and Engineering: – 2002. P. 221–227.
Omori M. Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS) / M. Omori // Materials Science and Engineering: – 2000. P. 183–188.
Microstructures and mechanical properties of TiAl alloys consolidated by spark plasma sintering / A. Couret, G. Molénat, J. Galy, M. Thomas // Intermetallics. – 2008. P. 1134–1141.
Effect of surface oxide films on the properties of pulse electric-current sintered metal powders / G. Xie, O. Ohashi, N. Yamaguchi, A. Wang // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2003. 2655–2661 p.
Tokita, M. Trends in Advanced SPS (Spark Plasma Sintering) Systems and Technology / M. Tokita // Journal of the Society of Powder Technology. – 1993. P. 790–804
Synthesis of bulk FeAl nanostructured materials by HVOF spray forming and Spark Plasma Sintering / T. Grosdidier, G. Ji, F.Bernard, E. Gaffet, Z.A. Munir, S. Launois // Intermetallics. – 2006. – Vol.14. – P. 1208–1213.
Spark Plasma Sintering of nanoscale (Ni+Al) powder mixture [Text] / J.S. Kim, H.S. Choi, D. Dudina, J.K. Lee, Y.S. Kwon // Solid State Phenomena. – 2007. P. 35–38.
Mamedov V. Spark plasma sintering as advanced PM Sintering method [Text] / V. Mamedov // Powder Metallurgy. – 2002. P. 322–328.
Boldin M.S. Fizicheskie osnovy tekhnologii elektrompulsnogo plazmennogo spekaniya [Physical fundamentals of electro-pulse plasma sintering technology] / M.S. Boldin. – ucheb.-metod. posobie Nizhegorod. gos. un-t. – Nizhnij Novgorod, 2012. – 59 s. [in Russian]
Annenkov Yurij Mihajlovich, Akarachkin Sergej Anatolevich i Ivashutenko Aleksandr Sergeevich // Fizicheskaya model iskrovogo plazmennogo spekaniya keramiki [Physical model of spark plasma sintering of ceramics]. – 2012. S. 1–2. [in Russian]
Eremeeva ZH.V., Myakisheva L.V., Panov V.S. // Skrovoe plazmennoe spekanie i goryachee pressovanie zagotovok iz karbida bora, poluchennogo razlichnymi metodami [Spark plasma sintering and hot pressing of boron carbide blanks obtained by various methods] – М. // «МISiS» – 2018. [in Russian]
Shevcova L.I. Struktura i mekhanicheskie svojstva intermetallida ni3 al, poluchennogo po tekhnologii iskrovogo plazmennogo spekaniya mekhanicheski aktivirovannoj poroshkovoj smesi «Ni–Al» // – 2014. – 12 s. [in Russian]
SHevcova L.I., Ivanchik I.S., Volkov D.S., Nemolochnov D.A. // – 2019. S. 21–27 [in Russian]
Huang Y.D. Effect of thermomechanical processes on room-temperature mechanical properties of Fe3Al-based alloys / Y.D. Huang, W.Y. Yang, Z.Q. Sun // Journal of Materials Science Letters. – 1998. P. 1781–1784.
Bataev I.A., Mali V.I., Anisimov A.G. Vliyanie temperatury nagreva na strukturu i mekhanicheskie svojstva materiala, poluchennogo iskrovym plazmennym spekaniem poroshka PN85YU15 [Influence of the heating temperature on the structure and mechanical properties of the material obtained by spark plasma sintering of PN85Y15 powder] // – Мinsk: Belaruskaya navuka – 2013. – 36 s. [in Russian]
Kolpakov M. E., Dresvyannikov A.F., Doronin V.N. // Rezultaty issledovaniya obemnyh obrazcov sistemy Al-Fe-Co, poluchennyh sps-metodom [Results of the study of volumetric samples of the Al-Fe-Co system obtained by the sps method]. – 2013. – 321 s. [in Russian]
Shuleshova T.G., Woodcock H.-G., et al. Metastable Phase Formation in Ti-Al-Nb Undercooled Melts // Acta Materialia. – 2007. P. 681–689.
Kolpakov M.E., Dresvyannikov A.F., Doronin V.N. Iskrovoe plazmennoe spekanie prekursora na osnove elementnyh Fe, Co, Al [Spark plasma sintering of a precursor based on elemental Fe, Co, Al] – 2011. S. 1–2 [in Russian]
Kolpakov M.E. Obrazovanie metallicheskih osadkov na suspenzionnom alyuminievom elektrode v vodnyh rastvorah zheleza (III) i kobalta (II) [Formation of metallic precipitates on a suspension aluminum electrode in aqueous solutions of iron (III) and cobalt (II)] / M.E. Kolpakov, A.F. Dresvyannikov // Vestnik Kazan. tekhnol. un-ta. – 2011. S. 173–178 [in Russian]
Karakozov B.K., Kurbanbekov SH. R., Sitnikov A., Baklanov V.V, Skakov // M.K. Issledovanie strukturno-fazovogo sostoyaniya splava Ti23.5at.%Al-21at.%Nb, poluchennogo metodom iskroplazmennogo spekaniya [Investigation of the structural-phase state of the Ti23.5at.%Al-21at alloy.%Nb obtained by microplasma sintering] / – Minsk: Belaruskaya navuka, – 2017. S. 462–469 [in Russian]
