CC BY
50
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _________________________________2008, том 51, №5_____________________________
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 669. 893.0.15
А.Г.Маркаев, Ф.У.Обидов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев ,
Б.Б.Эшов
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК НЕКОТОРЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА БаА14
Для выяснения фазовых изменений в сплавах под действием добавок различных элементов и для более полного понимания механизма процессов газопоглощения и газовыделе-ния активными составами распыляемых геттеров большое значение имеет исследование микроструктуры алюминиево-бариевых сплавов, содержащих добавки редкоземельных металлов. С помощью тщательно проведенного анализа хорошо отожженных и закаленных при определенных температурах сплавов часто можно судить об областях гомогенности или о примерной растворимости металлических фаз друг в друге.
В последние годы широко используются барий и сплавы на его основе. Такой повышенный интерес следует объяснить большой активностью бария по отношению к различным газам (водороду, азоту, кислороду, окиси углерода и др.), которая обусловила его применение в электронных приборах, где следует регулировать количество и качество газовой атмосферы. Поэтому барий нашел применение как непременный компонент поглотителей остаточных газов внутри электровакуумных приборов. Однако высокая химическая активность бария к газам является одновременно и препятствием в обращении при работе с ним на открытом воздухе. Для повышения устойчивости бария к воздуху и атмосферной влаге его сплавляют с алюминием. В настоящее время в промышленности широко используют различные по составу алюминиево-бариевые сплавы. Хотя богатые барием сплавы являются не устойчивыми на воздухе при длительном хранении, однако для получения внутри электровакуумного прибора больших количеств бария в виде пленки и увеличения тем самым сорбционной емкости газопоглотителя его применение пока не сходит с повестки дня.
Синтез алюминиево-бариевых сплавов с добавками 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 и 5.0% (по массе) церия, неодима и самария также был произведен раздельной плавкой в вакууме. Барий с добавкой соответствующих элементов и алюминий загружались в отдельные корундовые тигли: барий и добавки - в нижний, а алюминий - в верхний тигель, имеющий донное отверстие диаметром 6-8 мм. Сплавление проводилось при температурах рабочей зоны печи 1050-1150°С и в вакууме при 5 10- мм рт.ст. Время процесса сплавообразования 30-35 мин. Температура процесса контролировалась платино-платинородиевой термопарой. Для синтеза были использованы металлы следующих марок: алюминий А99 (ТУ48-5-24-72), барий Бр-1
(ТУ48-05-44-71), церий СеЭ-О (ТУ48-4-227-72), неодим Нм-1 (ТУ48-4-205-72) и самарий СмМ-1 (ТУ48-4-207-72).
Нами проведено исследование микроструктуры алюминиево-бариевого сплава BaAI4, содержащего добавки, масс. %: 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 и 5.0% церия, неодима и самария. Микрошлифы для исследований готовились следующим образом. Образцы сплавов диаметром 10-12 мм и высотой 8-10 мм помещались в небольшую цилиндрическую форму из нержавеющей стали. Шлифование производилось вручную на последних номерах наждачной бумаги, запрессовывались в полистирол, с последующей полировкой образцов на мягком фетре, смоченном полировальной жидкостью. В качестве такой жидкости была использована суспензия окиси алюминия в воде (5 г окиси алюминия на 1 л воды).
Микроструктура всех сплавов хорошо выявлялась травлением в 5%- ом водном растворе едкого натра. Фотографирование микроструктур производилось на металлографическом микроскопе типа NEOPHOT-21, при 200-кратном увеличении. Микроструктуры сплава BaAI4 с добавками церия, неодима и самария в сравнении со сплавом без добавки приведены на рис. 1.
При введении в BaAІ4 добавок церия, неодима и самария до 1.0-1.5% (по массе) не было обнаружено появления отчетливых новых фаз. По данным микроструктурного анализа, растворимость перечисленных редкоземельных элементов в соединении ВаА14 должна составить 1.0-1.8% (по массе).
Известно [1,2], что геттерные материалы сами могут создавать помехи в работе электровакуумного прибора. Одной из причин таких помех является малая прочность, которая при наличии внешних механических воздействий приводит к появлению в приборе свободно перемещающихся металлических частиц, способных вызвать короткое замыкание между его электродами.
Для выявления фазовых изменений и оценки влияния добавок церия, неодима и самария на прочностные характеристики алюминиево-бариевого сплава было произведено измерение микротвердости сплава, содержащего добавки упомянутых элементов.
Микротвердость сплавов была изучена следующим образом. Полученные раздельным плавлением сплавы с добавками церия, неодима и самария отжигались в течение 24 ч в вакууме при температуре 500оС. Измерение микротвердости зерен интерметаллического соединения BaAI4 с добавками редкоземельных металлов производилось на микротвердомере ПМТ-3 с нагрузкой 200 г. Время наложения груза составило 5-6 сек. Результаты измерения микротвердости интерметаллического соединения BaAI4 , легированного РЗМ, представлены в табл. и на рис.2.
ж)
Рис. 1. Характерные микроструктуры (х 200)сплава ВаА14 (Ва:А1 = 56:44) с добавками: а, б, в -(по массе) Се, Ш и 8ш ; г, д, е - 5% (по массе) Се, Ш и 8ш; ж - без добавки (для сравнения)
1.0%
Абсолютная погрешность по среднему результату десяти измерений составила ±50 МПа. Величина микротвердости интерметаллического соединения ВаА14, измеренная нами, составила 2320 МПа, что совпадает (в пределах ошибок измерения) с величиной микротвердости соединения, приведенной в работе [ 2 ].
Как следует из приведенных данных, легирование ВаА14 церием, неодимом и самарием способствует повышению микротвердости его зерен.
Повышение микротвердости, по-видимому, объясняется образованием твердого раствора интерметаллического соединения с указанными металлами. В пользу этого предположения говорит близость атомных радиусов изучаемых металлов. Размеры атомных радиусов металлов характеризуются следующими данными [ 3 ]:
Таблица
Влияние добавок некоторых редкоземельных металлов на микротвердость (МПа)
зерна соединения ВаА14
Добавки РЗМ 0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
масс. %
Се 2320 2440 2500 2540 2520 2500 2500
ш 2320 2440 2550 2590 2580 2580 2550
Бш 2320 2520 2650 2800 2800 2850 2920
Элемент А1 Се № 8ш
Атомныи 0.143 0.183 0.182 0.181
радиус, нм
По результатам измерения микротвердости предельная растворимость исследуемых металлов в интерметаллическом соединении ВаА14 составляет 1.5% (по массе).
Государственное научно-экспериментальное Поступило 12.03.2008 г.
и производственное учреждение АН Республики Таджикистан,
Н«
Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Глебов Г. Д. Поглощение газов активными металлами. М.: Госхимиздат, 1961, 198 с.
2. Плотников Ю. В.Исследование физико-химических свойств сплавов системы алюминий - барий и влияние добавок кремния на них. Автореф.канд. хим.наук, Душанбе, 1971.
3. Бокий Г. Б. Кристаллохимия. М.: Наука, 1971, 256 с.
А.Г.Маркаев, Ф.У.Обидов, И.Н.Еаниев, Б.Б.Эшов ТАЗДИЦОТИ ТАЪСИРИ БАЪЗЕ МЕТАЛЛ^ОИ НОДИРЗАМИН БА МИКРОСТРУКТУРА ВА МИКРОСАХТИИ ИНТЕРМЕТАЛЛИДИ BaAl4
Таъсири иловаи серий, неодим ва самарий ба микроструктура ва микросахтии ин-терметаллиди BaAl4 омухта шудааст. Нишон дода шудааст, ки хдлшавии зиёди микдори металлх,ои нодирзаминй дар хулаи BaAl4 ба 1.5 % (массавй) баробар аст.
A.G.Markaev, F.U.Obidov, I.N.Gaiev, B.B.Eshov STADY OF THE INFLUENCE OF THE ADDITIVES SOME RARE- EARTH METALS ON MICROSTRUCTURE AND MICROHARDNESS OF ALLOY BaAl4
The sudied influence of the additive cerium , neodymium and samarium on microstructure and microhardness of alloy BaAl 4. It Is shown that solubility of rare-earth metals in alloy BaAl 4 forms 1.5 mas.%.
