Структурно-фазовая эволюция при in situ механохимическом синтезе карбида титана в матрице никеля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии проведено изучение структурно-фазовой эволюции порошков в тройной системе Ni−Ti−C с 50 вес.% Ni в ходе механохимического синтеза в планетарной шаровой мельнице АГО-2. Образование карбида титана в присутствии никеля ускоряется и идет в режиме механически стимулированной реакции с индукционным периодом менее 2 мин. Параметр a решетки никеля возрастает до 0.35733 нм при увеличении времени механической активации. Продуктами механохимического синтеза после 4 мин механической активации являются карбид титана, твердый раствор титана и углерода в никеле и железо (около 1 вес.%, результат намола) с размерами агломератов 1−30 мкм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Ф. Григорьева

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090

Д. В. Дудина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090; пр-т Акад. Лаврентьева, 15, Новосибирск, 630090

Т. М. Видюк

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090; ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

С. А. Ковалева

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

Email: grig@solid.nsc.ru
Белоруссия, ул. Академическая, 12, Минск, 220072

А. В. Ухина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090

Е. Т. Девяткина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090

С. В. Восмериков

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090

Н. З. Ляхов

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
Россия, ул. Кутателадзе, 18, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Григорьева Т.Ф., Петрова C.А., Ковалева С.А., Дудина Д.В., Батраев И.С., Киселева Т.Ю., Жолудев С.И., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Удалова Т.А., Поляков С.Н., Ляхов Н.З. Механохимический синтез порошков сплавов системы Cu–Al и их консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 729–736
  2. Григорьева Т.Ф., Дудина Д.В., Петрова С.А., Ковалева С.А., Батраев И.С., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Ляхов Н.З. Композиты с алюминиевой матрицей, упрочненные частицами Cu9Al4: механохимический синтез и консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 824–830.
  3. Григорьева Т.Ф., Ковалева С.А., Квашнин В.И., Петрова С.А., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Витязь П.А., Ляхов Н.З. Оловянная бронза, упрочненная частицами Cu9Al4: механохимический синтез и консолидация методом спекания под давлением // ФММ. 2023. Т. 124. № 1. С. 61–67.
  4. Волков А.Ю., Калонов А.А., Завалишин В.А., Глухов А.В., Комкова Д.А., Антонов Б.Д. Влияние интерфейсов на физико-механические свойства Cu/Mg-композитов // ФММ. 2020. Т. 121. № 6. С. 628–634.
  5. Дерягина И.Л., Попова Е.Н., Валова-Захаревская Е.Г., Патраков Е.И. Структура и термическая стабильность высокопрочного композита Cu-18Nb в зависимости от степени деформации // ФММ. 2018. Т. 119. № 1. С. 99–108.
  6. Григорьева Т.Ф., Киселева Т.Ю., Петрова C.А., Талако Т.Л., Восмериков С.В., Удалова Т.А., Девяткина Е.Т., Новакова А.А., Ляхов Н.З. Механохимически стимулированные реакции восстановления оксида железа алюминием // ФММ. 2021. Т. 122. № 6. С. 614–620.
  7. Григорьева Т.Ф., Талако Т.Л., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Анчаров А.И., Цыбуля С.В., Витязь П.А., Ляхов Н.З. Модифицирование меди оксидом алюминия в ходе механически стимулированной реакции // ФММ. 2023. Т. 124. № 1. С. 78–83.
  8. Jõeleht M., Pirso J., Juhani K., Viljus M., Traksmaa R. The formation of reactive sintered (Ti, Mo)C–Ni cermet from nanocrystalline powders // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. V. 43. P. 284–290.
  9. Jing W., Yisan W. In-situ production of Fe–TiC composite // Mater. Lett. 2007. V. 61. P. 4393–4395.
  10. Chicardi E., Córdoba J.M., Sayagués M.J., Gotor F.J. Inverse core–rim microstructure in (Ti, Ta)(C, N)- based cermets developed by a mechanically induced self-sustaining reaction // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2012. V. 31. P. 39–46.
  11. Григорьев О.Н., Фролов Г.А., Евдокименко Ю.И., Кисель В.М., Панасюк А.Д., Мелах Л.М. Ультравысокотемпературная керамика для авиационно-космической техники // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 8. С. 119–127.
  12. Нагараджа Ч. Реддиa, Аджай Кумарa Б.С., Редаппа Х.Н., Рамеш М.Р., Правееннатх Г. Коппад. Микроструктура, микротвердость и характеристики окисления Ni3Ti и Ni3Ti + (Cr3C2 + 20NiCr) покрытий, полученных методом высокоскоростного газопламенного напыления // ФММ. 2020. Т. 121. № 2. C. 179–189
  13. Dudina D.V., Grigoreva T.F., Devyatkina E.T., Vosmerikov S.V., Ukhina A.V., Markushin V.V., Lyakhov N.Z. Structural features of tantalum carbide-copper composites obtained by liquid phase-assisted spark plasma sintering // Ceramics International. 2022. V.48. Is. 21. P. 32556–32560.
  14. Zhu G., Wang W., Wang R., Zhao C., Pan W., Huang H., Du D., Wang D., Shu D., Dong A., Sun B., Jiang S. and Pu Y. Formation Mechanism of Spherical TiC in Ni-Ti-C System during Combustion Synthesis // Materials. 2017. V. 10. P. 1007.
  15. Zhao Z., Zheng K., Yu X., Wang L., Yao S., Qi Q. Effect of particles size of TiC on oxidation resistance of in-situ TiC/Ni composite // Heliyon. 2023. V. 9. e18220.
  16. Walunj G., Bearden A., Patil A., Larimian T., Christudasjustus J., Gupta R.K. and Borkar T. Mechanical and Tribological Behavior of Mechanically Alloyed Ni-TiC Composites Processed via Spark Plasma Sintering // Materials. 2020. V. 13. P. 5306.
  17. Zohari S., Sadeghian Z., Lotfi B., Broeckmann C. Application of spark plasma sintering (SPS) for the fabrication of in situ Ni-TiC nanocomposite clad layer // J. Alloys Compd. 2015. V. 633. P. 479–483.
  18. Tschakarov C.G., Gospodinov G.G., Bontschev Z. Über den mechanismus der mechanochemische synthese anorganisher verbindungen // J. Solid State Chem. 1982. V. 41. N 3. P. 244–252.
  19. Schaffer G.B., McCormick P.G. Combustion synthesis by mechanical alloying // Scripta Met. 1989. V. 23. No. 6. P. 835–838.
  20. Munir Z., Anselmi-Tamburini V. Self-Propagating Exothermic Reactions: The Synthesis of High-Temperature Materials by Combustion // Mater. Sci. Rep. 1989. V. 3. P. 277–365.
  21. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 303 с.
  22. Щукин Е.Д., Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. О распространении жидких металлов по поверхности металлов в связи с адсорбционным эффектом понижения прочности // Коллоид. журн. 1963. Т. 25. № 2. С. 253–259.
  23. Deidda C., Doppiu S., Monagheddu M., Cocco G. A direct view of self-combustion behavior of the TiC system under milling // J. Metastable Nanocryst. Mater. 2003. V. 15–16. P. 215–220.
  24. Deidda C., Delogu F., Cocco G. In situ characterisation of mechanically induced self-propagating reactions // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. No. 16–17. P. 5315–5318.
  25. Yang Y.F., Jin S.B., Jiang Q.C. Effect of reactant C/Ti ratio on the stoichiometry, morphology of TiCx and mechanical properties of TiCx-Ni composite // Cryst. Eng. Comm. 2013. V. 15. N 5. P. 852–855.
  26. Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин В.Г. Атомная структура сплава Ti2NiCu после интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением и термообработки // ФММ. 2023. Т. 124. № 12. С. 1253–1260.
  27. Чувильдеев В.Н. Теория неравновесных границ зерен и ее приложения для описания нано и микрокристаллических материалов // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5(2). С. 124–131.
  28. Teresiak A., Kubsch H. X-ray investigations of high-energy ball milled transition metal carbides // Nanostruct. Mater. 1995. V. 6. P. 671–674.
  29. Matteazzi P., Le Caër G. Room temperature mechanosynthesis of carbides by grinding of elemental powders // J. Am. Ceram. Soc. 1991. V. 6. P. 1382–1390.
  30. Rahaei M.B., Yazdani rad R., Kazemzadeh A., Ebadzadeh T. Mechanochemical synthesis of nano TiC powder by mechanical milling of titanium and graphite powders // Powder. Technol. 2012. V. 217. P. 369–376.
  31. Liu Z.G., Guo J.T., Ye L.L., Li G.S., Hu Z.Q. Formation mechanism of TiC by mechanical alloying // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. P. 2666–2668.
  32. Xiong H., Li Z., Gan X., Chai L., Zhou K. High-energy ball-milling combined with annealing of TiC powders and its influence on the microstructure and mechanical properties of the TiC-based cermets // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 694. P. 33–40.
  33. Jia H., Zhanga Z., Qia Z., Liub G., Biana X. Formation of nanocrystalline TiC from titanium and different carbon sources by mechanical alloying // J. Alloys Compd. 2009. V. 472. P. 97–103.
  34. Jam A., Nikzad L., Razavi M. TiC-based cermet prepared by high-energy ball-milling and reactive spark plasma sintering // Ceram. Int. 2017. V. 43. P. 2448–2455.
  35. El-Eskandarany M.S. Synthesis of nanocrystalline titanium carbide alloy powders by mechanical solid-state reaction // Metall. Mater. Trans. A. 1996. V. 8. P. 2374–2382.
  36. Ghosha B., Pradhanb S.K. Microstructure characterization of nanocrystalline TiC synthesized by mechanical alloying // Mater. Chem. Phys. 2010. V. 120. P. 537–545.
  37. Lyakhov N., Grigoreva T., Šepelák V., Tolochko B., Ancharov A., Vosmerikov S., Devyatkina E., Udalova Т., Petrova S. Rapid mechanochemical synthesis of titanium and hafnium carbides // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. Is. 19. P. 13584–13591.
  38. Диаграммы состояния двойных металлических систем / справ.: в 3 т. под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. 992 с.
  39. Portnoi V.K., Leonov A.V., Mudretsova S.N., Fedotov S.A. Formation of nickel carbide in the course of deformation treatment of Ni-C mixtures // The Physics of Metals and Metallography. 2010. V. 109. Is. 2. P. 153–161.
  40. Задорожный В.Ю. Механохимический синтез систем Fe-Ti и Ni-Ti, устойчивость наноструктурного состояния / Дис. … к. т. н. МИСиС, 2008.
  41. Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments. ENSP. Grenoble: Lab. Materiaux genie Phys., 2003.
  42. DIFFRACplus: TOPAS. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D-76187, Karlsruhe, Germany. 2006.
  43. Турчанин А.Г., Турчанин М.А. Термодинамика тугоплавких карбидов и карбонитридов. М.: Металлургия, 1991. 352 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы смеси 50(Ti+С)+50Ni после МА в течение 40 с (1), 2 (2), 4 (3), 8 (4) и 20 мин (5).

Скачать (20KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Образование TiC в зависимости от длительности МХС в смесях Ti+C (50:50 at.%) [28] (1) и Ni+Ti+C (2).

Скачать (14KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения и результаты МРСА частиц смеси 50(Ti+C) + 50Ni (вес.%) после МА в течение: (а) 40 с, (б) 2 мин и (в) 4 мин.

Скачать (116KB)
Метаданные
5. Рис. 4. СЭМ-изображения и результаты МРСА поверхности (а) и поперечного сечения (б) частиц смеси 50(Ti+C) + 50Ni (вес.%) после МА в течение 8 мин.

Скачать (85KB)
Метаданные