CC BY
22ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН В СЛОИСТОМ КОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ НА ОСНОВЕ МАХ-ФАЗЫ СИСТЕМЫ Ti/Ti-Al-C
Аверичев О.А. молодой ученый, Бажин П.М., Столин П.А., Прокопец А.Д.,
Столин А.М., Сачкова Н.В.
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, olegaverichev@gmail. com
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10037
Материалы на основе МАХ-фазы представляют собой термодинамически стабильные слоистые тройные соединения, сочетающие в себе свойства металлов (электро- и теплопроводность, высокий модуль упругости, высокую обрабатываемость) и керамики (жаростойкость, низкий удельный вес, теплостойкость) [1]. Однако, задача получения готовых изделий из этих материалов методами высокотемпературного пластического деформирования для данного класса соединений является затруднительной в силу особенностей макропластического течения МАХ-материалов после синтеза [2]. Еще более интересной и нетривиальной задачей в данной области является задача получения слоистых композиций с чередующимися слоями МАХ-фазы и металла, являющегося вязко-пластичной составляющей. Подобные композиции могут быть применены в качестве бронестойких макрослойных пластин, в которых сочетание высокой ударной вязкости с низким удельным весом особенно важно для потенциального применения данного вида изделий.
В качестве объекта исследований была выбрана система Ti/Ti-Al-C. Возможность формирования слоистого композиционного материала из разнородных фаз определяется совместимостью исходных компонент. Для получения композитов с оптимальными свойствами межфазное взаимодействие на границах слоев должно быть ограничено, поскольку интенсивное взаимодействие приводит к снижению ударной вязкости композиционного материала. В то же время, механическая и химическая совместимость слоев при переходе от металла к тройному соединению определяется соответствием упругих констант, коэффициентами термического расширения и показателями пластичности компонентов [3]. При правильном строении переходных слоев возможно достичь такого соотношения этих показателей, при которых прочность связи окажется достаточно высокой для передачи напряжений через границу.
Изучение макроструктуры слоистого керамического материала системы Ti/Ti-Al-C, полученного методом СВС-сжатия, проводилось методами оптической и электронной микроскопии. Было показано наличие трех
макрослоев, представляющих собой типичную структуру СКМ: первый слой, преимущественно состоящий из МАХ-фазы, следующий за ним интерметаллидный слой, и третий слой, состоящий из титанового сплава ВТ1 -0
[4].
Более детальное изучение второго (промежуточного) слоя выявило образование сложносоставной переходной зоны между слоем титана и МАХ-фазой, толщиной от 30 до 200 мкм. Преобладающей в ней фазой является интерметаллид Т1А1, в котором распределены тонкие (>1 мкм в длину) игольчатые дендриты МАХ-фазы в количестве 10 - 15 %, а также коагулярные включения Т1, предположительно диффундировавшие от верхней части подложки в момент сжатия. При увеличенном масштабе изображения в непосредственном контакте с титановой подложкой была обнаружена тонкая (1 -5 мкм) приграничная с титаном фаза темного, неоднородного цвета, рисунок 1. Предположительно, вблизи поверхности чистого титана происходит образование тонкого карбидно-интерметаллидного слоя ТЮ-Т1Л1.
МАХ-фаза-м
Интерметаллидный слой "ПА! -►
Рис. 1. Тонкий переходный слой ТЮ-Т1А1 вблизи титановой подложки.
Хотелось бы отметить, что применение метода свободного СВС-сжатия позволяет добиться высоких механических свойств композиции путем сочетания вязких и высокотвердых слоев, имеющих различный фазовый состав и микроструктуру. На данный момент задача получения металлического слоистого композиционного материала на основе системы Т^ТьЛ1-С является новой и требует дополнительных исследований как в области режимов получения образцов, так и в области их испытаний.
Список литературы:
1. Zhang Z., Lim S.H., Lai D., Tan S., Koh X., Chai J., Wang S., Jin H., Pan J., Probing the oxidation behavior of Ti2AlC MAX phase powders between 200 and 1000 °C. J. Eur. Ceram. Soc. 37 (2017), pp. 43-51.
2. Столин, А.М. Получение огнеупорных плит и слоистых композитов методом свободного СВС-сжатия / П. М. Бажин // Новые огнеупоры, 2017, №. 3. С. 55.
3. Краснов, Е. И. Исследование слоистого металлического композиционного материала системы Ti-TiAL3 / Е. И. Краснов, А. С. Штейнберг, А. А. Шавнев, В. М. Серпова, А. Н. Жабин // Труды ВИАМ. — 2016. — № 7. — С. 21-30.
4. Аверичев О.А., Прокопец А.Д., Столин П.А. Структурообразование слоистых керамических материалов Ti/Ti-Al-C, полученных методом свободного СВС-сжатия. Новые огнеупоры. 2019;(4):57-60.
