CC BY
22ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА В ПОРОШКОВОЙ
СМЕСИ Ti-Al, ПОДВЕРЖЕННОЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ И ГАММА-ОБЛУЧЕНИЮ
Собачкин1 А.В. молодой ученый, Логинова1 М.В., Яковлев1 В.И., Ситников1 А.А., Филимонов1 В.Ю., Иванов1 С.Г., Мясников1 А.Ю.,
Негодяев1 А.З., Градобоев2 А.В.
1- Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул, [email protected] 2- Национальный исследовательский Томский политехнический
университет, Томск
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10028
В последнее время широкое распространение получил механостимулированный высокотемпературный синтез (МАСВС) [1, 2]. При механическом воздействии на смесь поверхности реагентов очищаются от окислов и примесей, происходит формирование неравновесных дефектов структуры, что приводит к интенсификации диффузионных процессов и инициированию процесса высокотемпературного синтеза в твердой фазе [3, 4]. Управляющими параметрами активационного воздействия являются продолжительность механической активации и интенсивность силовой нагрузки на порошковую смесь [5, 6].
Предварительная механическая активация является способом «грубого» воздействия на порошковую смесь [7]. Особый интерес для реализации «тонкого» управления структурой представляет использование у-облучения систем, находящихся в неравновесном состоянии [8-11].
В настоящей работе были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния воздействия гамма-облучения на структуро- и фазообразование конечного продукта в предварительно механоактивированной порошковой смеси Ti+Al. Источниками внешнего воздействия являлись: механическая активация, быстрый СВЧ нагрев смеси с последующим высокотемпературным отжигом, у-облучение механоактивированной шихты. Для реализации быстрого разогрева смеси до высоких температур использовался индукционный нагрев стенок графитового тигля [12].
На рис. 1а приведены характерные дифрактограммы продуктов, полученные при высокотемпературном синтезе предварительно механоактивированной в течение 7 мин. порошковой смеси Ti + Al при энергонапряженности мельницы 40 g, а затем облученной у-квантами при Dy = 5^104 Гр. Дифрактограммы представлены для времени изотермического отжига (т) 0, 2 и 7 мин.
Из сравнительного анализа дифрактограмм следует, что при 0 мин. отжига продуктом синтеза является многофазный продукт. Уширенные пики, высокий
уровень диффузного фона и появление рентгеноаморфного гало на малых углах качественно свидетельствуют о формировании неравновесного состояния фаз интерметаллидов. При двухминутном изотермическом отжиге продуктом синтеза является монофазный интерметаллид наблюдается стабилизация системы. При увеличении времени отжига до 7 мин. распада фазы не происходит, как это наблюдалось при синтезе механоактивированных смесей Т + А1 без воздействия у-облучения [13]. Таким образом, при увеличении времени отжига до 7 мин. сохраняется монофазный продукт состава ТА1, более того, на дифрактограммах наблюдаются увеличение интенсивности отражений фазы, пики сужаются, уменьшается уровень диффузного фона, что свидетельствует о стабилизации
а) б)
Рис. 1. Реализация СВ-синтеза в механоактивированной у-облученной смеси Ti+Al: а) результаты рентгенофазовогог анализа: б) распределение компонентов в объеме продукта синтеза.
На рис. 1б представлена характерная картина распределения компонентов в объеме механокомпозита для режима: 7 мин. МА, Dy = 5 104 Гр, время отжига 7 мин. Система характеризуется высокой степенью однородности распределения компонентов в объеме механокомпозита. Изменения состава составляют 50 ± 3 ат. % Ti.
Можно предположить, что процессы радиационно-стимулированной диффузии способствуют процессам растворения и гомогенизации, изменяют области гомогенности фаз и твердых растворов в объеме механокомпозита, создают благоприятные условия для взаимной твердофазной диффузии на межфазных границах [14, 15]. Следует заметить, что влияние у-облучения на матричную структуру активированных смесей требует дальнейших исследований.
Список литературы:
1. Bernard F., Gaffet E. Mechanical alloying in SHS research // International Journal of SHS. 2001. № 2. P. 109-131.
2. Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоакивации на процессы фазо-и сруктурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. Новосибирск : Параллель, 2008. 168 с.
3. White J.D.E., Reeves R.V., Son S.F., Mukasyan A.S. Thermal explosion in Al-Ni system: Influence of mechanical activation // Journal of Physical Chemistry A. 2009. Vol. 113. P. 13541-13547.
4. Mukasyan A.S., White J.D.E., Kovalev D., Kochetov N., Ponomarev V., Son S.F. Dynamics of phase transformation during thermal explosion in the Al-Ni system: influence of mechanical activation // Physica B. 2010. Vol. 405. P. 778-784.
5. Филимонов В.Ю., Корчагин М.А., Смирнов Е.В., Ляхов Н.З. Макрокинетика твердофазного синтеза активированной смеси 3Ni+Al в режиме теплового взрыва // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. № 4. С. 90-98.
6. Filimonov V.Yu., Sitnikov A.A., Afanas'ev A.V., Loginova M.V., Yakovlev V.I., Negodyaev A.Z., Schreifer D.V., Solov'ev V.A. Microwave assisted combustion synthesis in mechanically activated 3Ti + Al powder mixtures: structure formation issues // International Journal of SHS. 2014. Vol. 23. № 1. P. 18-25.
7. Корчагин М.А., Григорьева Т.Ф., Бохонов Б.Б., Шарафутдинов М.Р., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Твердофазный режим горения в механоактивированных СВС-системах // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 1. С. 51-59.
8. Шалаев А.М., Структура и свойства металлов и сплавов. Свойства облученных металлов и сплавов. Киев : Наукова Думка, 1985. 307 с.
9. Андриевский Р.А. Влияние облучения на свойства наноматериалов // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 110. № 3. С. 243-254.
10. Loginova M.V., Yakovlev V.I., Sitnikov A.A., Sobachkin A.V., Ivanov S.G., Negodyaev A.Z., Gradoboev A.V. The evolution of structural and phase states of titanium aluminides after y-irradiation in small doses // Physics of Metals and Metallography. 2017. Vol. 118. № 2. P. 170-175.
11. Логинова М.В., Собачкин А.В., Ситников А.А., Яковлев В.И., Филимонов В.Ю., Иванов С.Г., Мясников А.Ю., Негодяев А.З., Градобоев А.В. Структурное состояние активированной порошковой смеси Ti+Al при изменении времени механоактивации и доз гамма-облучения // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 1. С. 68-73.
12. Sobachkin A.V., Loginova M.V., Sitnikov A.A., Yakovlev V.I., Filimonov V.Yu., Gradoboev A.V. Stimulation of processes of self-propagating high temperature synthesis in system Ti + Al at low temperatures by influence of y-quanta // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327. P. 032051.
13. Sobachkin A.V., Loginova M.V., Sitnikov A.A., Yakovlev V.I., Filimonov V.Yu., Ivanov S.G., Myasnikov A.Yu., Gradoboev A.V. High-temperature synthesis in mechanically activated Ti-Al powder mixture irradiated by gamma-quanta // Explosive production of new materials: science, technology, business, and innovations : 14th International symposium. 2018. P. 265-268.
14. Loginova M.V., Yakovlev V.I., Filimonov V.Y., Sitnikov A.A., Sobachkin A.V., Ivanov S.G., Gradoboev A.V. Formation of structural states in mechanically activated powder mixtures Ti + Al exposed to gamma irradiation // Letters on Materials. 2018. Vol. 8. № 2. P. 129-134.
15. Логинова М.В., Яковлев В.И., Ситников А.А., Филимонов В.Ю., Собачкин А.В., Градобоев А.В. Рентгеноструктурное исследование влияния поглощенной дозы гамма-облучения на структурные характеристики Ti3Al // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018. № 5. С. 78-82.
Работа проводилась в рамках государственного Задания № 11.1085.2017/4.6.
