CC BY
15
"JOO
с""
О V • й /
1 0 1
9 В
3:0 8 "jat
2.4
M
ISO
Рис. 4. Температурная зависимость относительного сопротивления для образца 2 в исходном состоянии(1) и после восьмикратного воздействия импульсами лазерного излучения (2).
малые изменения напряженности магнитного пиля. Использование столь чувствительных приборов находит применение в медицине, в магнитоэлектро-нике, в сквид-микроскопии. В приборах СВЧ и ра-
диоэлектронике их используют в качестве элементов памяти и логических элементов ЭВМ.
Библиографический список
1. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Изд-во фиэ.-мат. лит-ры, 1963.
2. ГореликС.С., РасторгуевД.Н. СкаковЮА Рентгеновский и электронно-оптический анализ. - М.: Металлургия, 1970. -368 с.
3. Алфеев В.Н., Мащалкова H.A. — Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, Т.З, №4. - с.668.
4. Волкова A.M., Полшцук С.А. — Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1989, Т.2, №8. - с.127.
ЯРОШ Эмилия Михайловна, кандидат технических наук, доцент кафедры физики . КАЛИСТРАТОВАЛюбовь Филипповна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики. ЛИССОН Владимир Николаевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики. СУРИКОВ Вадим Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики.
УДК <69.017.113
В. И. ГУРДИН
Омский государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ БОРСОДЕРЖЛЩИХ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Приведены результаты исследований процессов жидкофазного спекания пористой железной матрицы, пропитанной борсодержащими сплавами эвтектического состава на основе железа, никеля, кобальта.
Одним из способов повышения физико-механических свойств порошковых материалов является увеличение их плотности.
Спекание одно- и многокомпонентных систем в твердой фазе редко сопровождается получением материалов с плотностью, близкой к плотности компактного вещества. Наличие жидкой фазы при спекании существенно активирует формирование структуры за счет снижения вязкости системы и интенсификации массопереноса. Пропитка пористых прессовок и последующее жидкофазное спекание могут приводить к получению практически компактных материалов, что широко применяется при изготовлении твердых сплавов, электрических контактов, магнитных и конструкционных материалов [1,2].
Для получения композиционных материалов методами пропитки и жидкофазного спекания важнейшими условиями, кроме смачиваемости пористой прессовки пропитывающим сплавом, являются максимальная жидкотекучесть и минимальная вязкость
расплава, чем в наибольшей мере обладают сплавы эвтектического состава [3,4].
Изучению вышеуказанных свойств эвтектических расплавов посвящен ряд работ, однако их результаты нередко противоречивы [3,5,6]. Во многих эвтектических системах обнаружена линейная зависимость поверхностного натяжения от концентрации компонентов. Это отмечено в системе — Бп, где вблизи эвтектического состава, соответствующего эвтектике + Бп, ожидаемого снижения поверхностного натяжения не обнаружено. При исследовании двойных сплавов меди с золотом, оловом, сурьмой также не обнаружено каких-либо особенностей в изменении поверхностного натяжения. На изотерме поверхностного натяжения расплавов В1-РЬ, Бп-РЬ, В1-5п при эвтектическом составе обнаружен минимум, однако при перегреве на 20-40 °С выше линии ликвидуса минимум исчезает. Таким образом, из приведенного обзора исследований по свойствам эвтектических расплавов следует, что в подавля-
ющем большинстве систем в некотором интервале вблизи эвтектической концентрации полного смешивания атомов компонентов не происходит, В расплаве существует особая микрогетерогенность, образованная атомными скоплениями определенного состава, соответствующими как чистому компоненту, так и стехиометрии химического соединения, которое может не существовать в твердом состоянии, что оказывает влияние на вязкость и поверхностное натяжение расплавов. Вероятно, это оъясняется разницей в температурной устойчивости промежуточных фаз по отношению к металлическому компоненту. Поэтому при определении смачиваемости эвтектическим расплавом пористых прессовок из металлических порошков необходимо провести экспериментальные исследования для конкретного материала прессовки. Известно [6,7], что чем меньше разница температур плавления пропитывающего сплава и материала пропитываемой прессовки, тем лучше смачиваемость.
В работе [8] показано, что для обеспечения смачиваемости твердого тела чистыми металлами или сплавами эвтектического состава должно соблюдаться условие
Т > 0,8 Т
■ГЦ.ПОМ- ИЛХПЛ. '
где Тта — температура твердой подложки (в данном случае материала пористой прессовки); Тпл ,.пд — температура плавления контактирующего сплава (пропитывающего сплава). Поэтому при выборе пропитывающих сплавов на основе эвтектик необходимо учитывать это условие.
Температура спекания порошковых тел составляет 0,7-0,9 температуры плавления металлического порошка прессовки [1,2]. Практикой спекания установлено, что температура спекания прессовок из железного порошка составляет 1200-1250 °С, поэтому температура плавления пропитывающего состава не должна превышать верхний предел температуры спекания, иначе происходит искажение геометрии пропитываемой прессовки.
В работе представлены результаты исследований влияния состава композиционных материалов и параметров спекания на структуру и свойства композиционных материалов, полученных методом пропитки пористой железной матрицы борсодержащими пропитывающими сплавами эвтектического состава на основе железа, никеля, кобальта и последующего жидкофазного спекания.
При создании композиционных материалов методом жидкофазного спекания большое значение имеет величина неравновесной составляющей адгезии ШЛ(11ср (, характеризующейся энергией химического взаимодействия контактирующих фаз, существенно определяющей прочность связи на границе «пористая матрица — пропитывающий сплав» [6,7].
Как показали результаты проведенного дифференциально-термического анализа процесса пропитки пористой железной матрицы различными сплавами и последующего жидкофазного спекания, прочность композиционных материалов тем выше, чем больше величина , (табл. 1).
Это дает основание полагать, что при пропитке железной прессовки борсодержащими сплавами на основе никеля и кобальта более активно идут диффузионные процессы, закладывающие основы конечных свойств композиции. Причем, как показали результаты микрорентгеноспектрального анализа, при получении композиционных материалов данного
Таблица 1 №/ц„ер.) и механические свойства композиционных материалов
Состав пропитывающего сплава кДж/моль с», МПа
Си 0,38 180-220
Ре + 3,8 % В 0,49 270-290
N1 + 4 % В 3,1 360-380
Со + 4 % В 4,3 400-420
Рис. 1. Микроструктура композиционного материала, спеченного при температуре 1200 "С с выдержкой 1 час.
класса методом жидкофазного спекания, оно начинается с возникновения преимущественного диффузионного потока атомов из жидкой фазы в твердую, что приводит к изменению состава твердой фазы. Уменьшение межатомных сил сцепления в кристаллической решетке в присутствии атомов второго компонента понижает энергетический барьер перехода атомов твердой фазы в расплав. Такой механизм перехода твердого металла в жидкий в процессе жидкофазного спекания подтверждается результатами микрорентгеноспектрального анализа: на поверхности частиц порошка матричного сплава обнаружен слой твердых растворов кобальта и никеля, а в пропитывающем сплаве присутствует железо [9]. Образцы прессовали в жесткой прессформе при давлении 500 МПа, температура спекания композиций составляла 1200 °С, время спекания — 15 минут.
При увеличении времени спекания до 1 часа происходило растворение твердой фазы в жидкой, что приводило к полному разъединению частиц прессовки (рис. 1).
Металлографические и электронномикроскопи-ческие исследования структура сплавов показали существенное измельчение структурных составляющих сплавов, находящихся в порах прессовки (рис. 2а) по сравнению с образцами сплавов, полученных методом плавления в керамических тиглях при тех же условиях (рис, 26).
Металлографический анализ структуры полученных композиционных материалов показал, что жидкая фаза эвтектического состава хорошо смачивает частицы твердой фазы, что гарантирует максимальную поверхность контакта твердой фазы с упрочняющим пропитывающим сплавом. Бор, нахо-
Рис. 2. Микроструктура железоборидного эвтектического сплава а) - х ¡3090; б) - х 500.
1 S
дящийся в составе пропитывающих сплавов, являясь поверхностно-активным элементом, уменьшает межфазное натяжение расплавов, что улучшает смачиваемость ими частиц пористой железной прессовки.
На основании исследований сделан вывод, что при пропитке и жидкофазном спекании зарождение центров кристаллизации обусловлено состоянием подложки — поверхности порошинок матричного материала, образующих пористую прессовку (геометрией и теплофизическими свойствами). Эти условия приводят к формированию тонкодифференцирован-ной структуры эвтектического сплава в порах прессовки и, как следствие, повышению механических свойств композиционных материалов.
Библиографический список
1. Кипарисов С.С., Либенсон Г.АП. Порошковая металлургия.
— М.: Металлургия, ¡971. — 528с.
2. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы /Под ред. В. Шатта пер. с нем. — М: Металлургия, 1983.
- 520 с.
3. Таран Ю.Н., МазурВ.И. Структура эвтектических сплавов. -М.: Металлургия, 1978. - 312с.
4. Григорович В.К. Жаропрочность и диаграммы состояния.
— М.: Металлургия, 1969. — 324с.
5. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. —М.:Гостехиздат, 1957. - 491 с.
6. Еременко В.Н. Поверхностные явления и их роль в процессах жидкофазного спекания и пропитки пористых тел жидкими металлами //Современные проблемы порошковой металлургии. -Киев: Науковадумка, 1970. - С. 101-121.
7. Наидич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. — Киев: Науковадумка, 1972. — 196с.
8. Лакедемонский A.B. Биметаллические отливки. -М.Машиностроение, 1964. — 168 с.
9. Гурдин В.И., Поляков Е.П., Акимов В,В. Получение композиционных материалов методом жидкофазного спекания./Проб-лемы современных материалов и технологий производства наукоемкой продукции: Сборник научных трудов. — Пермь:ПГТУ, 1993.
- С. 18-21.
ГУРДИН Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства».
УДК 66» 187 621 745 58 С- Н> ЖЕРЕБЦОВ
ЗАО «Омский завод специальных изделий», г. Омск
ОСОБЕННОСТИ ОЧИЩЕНИЯ МЕТАЛЛА ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ
Объясняются особенности процессов рафинирования на границе металл-шлак и механизм трансформации неметаллических включений при электрошлаковом переплаве металла. Сделан вывод о повышении чистоты металла, уменьшении и изменении состава включений за счет снижения кислорода во флюсе и металле, при протекании окислительно-восстановительной реакции в жидкой ванне.
Процессу удаления неметаллических включений процесса, в общем, остается невыясненным. Одни
при обработке металла шлаками посвящено боль- исследователи считают, что включения удаляются за
шое количество исследований, в результате которых счет всплывания их в жидкой металлической ванне,
определены условия максимального удаления из ме- другие - что их удаление происходит на конусе плавя-
таллашлаковых включений. Однако механизм этого щегося электрода, причем интенсивность рафиниро-
