CC BY
26ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АЗОТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ФЕРРОСПЛАВА -ФЕРРОХРОМАЛЮИНИЯ В РЕЖИМЕ СВС
Регер А.А. студент, Болгару К.А.
Томский научный центр СО РАН, Томск, Antonandmakar@gmail. com DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10009
Самовоспламеняющийся высокотемпературный синтез имеет большие преимущества: низкие энергозатраты, малогабаритное оборудование, экологически чистое производство, большой диапазон материалов и т.д. Положительные характеристики СВС- метода позволяют считать, что он является перспективным как в научных, так и в прикладных областях [1]. Наиболее перспективными для получения металлокерамических материалов этим методом являются ферросплавы [2]. В данной работе показана возможность азотирования комплексного ферросплава феррохромалюминия (ФХА) в СВС-режиме и проведены исследования по установлению закономерностей его азотирования с целью получения композитов с заданными свойствами и составом [3].
Цель работы - синтез железосодержащего металлокерамических композитов на основе нитрида хрома и исследование закономерностей его азотирования.
Для синтеза использовали феррохромалюминий, содержащий 8,5 % алюминия, 30 % железа и 61,5 % кремния. Подготовка к эксперименту включала: измельчение ферросплава до размера не более 100 мкм, удаление влаги и летучих примесных соединений в сушильном вакуумном шкафу СНВС-40/3,5 (Россия) при температуре 150 оС в течение 3 часов.
Исследование фазового состава полученного сплава проводили на дифрактометре Shimadzu (Япония), общее содержание азота определяли на приборе LECO-ONH836(GffiA) в ТомЦКП СО РАН.
Шихту, состоящую из порошка ФХА, засыпали в цилиндрическую трубку из металлической сетки диаметром от 5 до 60 мм. Образцы сжигали в установке постоянного давления по методике [4] при давлении от 1 до 8 МПа. Воспламенение осуществляли от порошкообразной поджигающей смеси с помощью вольфрамовой спирали, через которую пропускали электрический ток. После прохождения фронта горения, образец выдерживали в атмосфере азота до полного охлаждения (30 минут) и сбрасывали давление. Затем полученный композит отправляли на дальнейшие исследования.
Были исследованы важные факторы, влияющие на протекание процесса азотирования в условиях фильтрационного горения, - давление азота (P), диаметр образца (d) и дисперсность (г) исходного порошка шихты.
Давление (рис.1) - инициирование реакции происходит при давлении азота от 1.5 МПа. При повышении давления наблюдается увеличение значений степени азотирования (К) и скорости горения (^). Это связано с улучшением фильтрации газа к зоне реакции. Показатель степени азотирования достигает своего максимума, который определяется степенью
азотирования хрома. Рабочее давление находится в пределах 3-3.5 МПа.
Диаметр (рис.2) - инициирование реакции происходит с минимальным диаметром 15 мм., при котором теплопотери в объём реактора становятся меньше по отношению к теплу, идущему на инициирование реакции. При увеличении диаметра образца показатель степени азотирования изменяется в пределах погрешности, а значение скорости горения уменьшается, что вероятно связано с нестационарным режимом горения.
Дисперсность (рис.3) - при уменьшении дисперсности наблюдается небольшое изменения показателя степени азотирования и сильное увеличение значения скорости горения. В отсутствии мелкой фракции значения степени азотирования и скорости горения уменьшаются. Таким образом были выявлены оптимальные условия азотирования комплексного
ферросплава в режиме горения.
Список литературы:
1. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г.// Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. 2007. С. 15-19.
2. Чухломина Л.Н., Максимов Ю.М., Верещагин В.И. // Самораспространяющийся высокотемпературный синтез композиционных нитридосодержащих керамических материалов. 2012. - С. 34-41.
3. гакоггЬеУБкл У.У., Вогоу1шкауа 1.Р. // Сегат1ка. - 2002. - Уо1.69. - Р. 109115.
4. Чухломина Л.Н., Болгару К.А., Аврамчик А.Н. // Огнеупоры и техническая керамика. 2013. № 1-2. С. 15-19.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (проект К45.2.7, № АААА-А17- 117070420015-6) при частичной поддержке РФФИ (проект№ 18-33-00387 мол_а.).
Рис.2. Зависимость значений степени азотирования и скорости горения от диаметра образца.
Рис. 3. Зависимость значений степени азотирования и скорости горения от дисперсности.
