CC BY
21XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
ПОЛУЧЕНИЕ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ TI-B МЕТОДОМ СВОБОДНОГО
СВС-СЖАТИЯ
Константинов А.С. аспирант, Чижиков А.П., Прокопец А.Д., Столин А.М.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова Российской академии наук, Черноголовка,
konstanta@ism ac. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10022
Все более широкое применение в современной промышленности находят композиционные материалы, обладающие все более высокими показателями статической и динамической прочности, вязкости разрушения. Среди композиционных материалов большой интерес представляют металлокерамические слоистые композиционные материалы (СКМ), представляющие собой многослойную композицию с чередующимися слоями металла и керамики [1]. СКМ характеризуются высокой твердостью, механической прочностью, химически инертны и термически стабильны, кроме того они способны совмещать повышенные электрофизические, магнитные, трибологические и радиопрозрачные свойства [2]. Процесс получения СКМ можно разделится на две технологические стадии: первая - получение макрослоев, вторая - их консолидация в слоистую заготовку за счет термообработки или воздействием давлением.
Перспективным методом, совмещающим получение макрослоев и их последующую консолидацию в одном технологическом цикле за десятки секунд, является свободное СВС-сжатие. Сущность этого метода заключается в уплотнении и формовании синтезированного материала под действием постоянного невысокого давления (~10-50 МПа) без использования специальных пресс-форм.
Настоящая работа посвящена изучению возможности получения методом свободного СВС-сжатия слоистых композиционных материалов на основе боридов титана на титановом сплаве ВТ6 и изучению особенностей их строения. На основе проведенных экспериментальных работ были получены СКМ размерами 30х30 мм с высотой керамического материала на основе борида титана 5 мм. На основе результатов РФА установлено, что при химическом взаимодействии исходных компонент бора и титана образуется основная фаза -моноборид титана. Установлено, что на поверхности СКМ, за счет проведения экспериментов на открытом воздухе и высокой химической активности избыточного титана, образовывается твердый раствор Ti0 76N (кубическая
XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
кристаллическая решетка, а = 4,235 А), который, обладая повышенными значениями твердости (до 20 ГПа), повышает механические характеристики поверхности СКМ. В соответствии с фазовой диаграммой кристаллизация моноборида титана происходит по перитектическому превращению из расплава ТкБ, что приводит к тому, что образовавшиеся вначале зерна из-за нехватки свободного титана остаются в материале и кристаллизуются в виде гексагональных структур размерами менее 1 мкм (рис. 1). По мере приближения к подложке доля титана повышается, а количество зерен диборида титана снижается (интенсивность соответствующих пиков на рентгенограммах снижается).
На основе проведенных работ была показана принципиальная возможность образования слоистого керамического композита на основе борида титана на титановом сплаве ВТ6.
Рис. 1. - СЭМ переходного слоя и рентгеноспектральный анализ химических
элементов.
Список литературы:
1. Краснов Е.И., Штейнберг А.С., Шавнев А.А., Серпова В.М., Жабин А.Н. Исследование слоистого металлического композиционного материала системы Ti-TiAb. - М.: ВИАМ, 2016. 3 с.
2. Cui X.P., Ding H., Zhang Y.Y., Yao Y., Fan G.H., Huang L.J., Geng L., Zheng Z.Z., Chen J.F. Fabrication, microstructure characterization and fracture behavior of a unique micro-laminated TiB-TiAl composites // J. Alloys Compd. 2019. Vol. 775. P. 1057-1067.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-79-10254).
