CC BY
13
14.Бобров Г.В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование) /М.: «Интермет Инжиниринг», 2004 - 624 с.
15. Динамическое упрочнение и балансировка абразивных кругов для высокоскоростного шлифования методом детонационного напыления/ И.Д. Ибатулли, Р.Г. Гришин, А.Г. Шараухова - Самара: СНЦ РАН, 2016 - 1062-1066 с.
Agarkov Andrey Alekseevich, student
(e-mail: [email protected])
Samboruk Anatoliy Romanovich, Ph.D., professor
(e-mail: [email protected])
Ph.D., professor
Nechaev Ilya Vladimirovich, Ph.D., professor (e-mail:[email protected])
Samara State Technical University, Samara, Russia Detonation-gas spraying of composite coatings TiC-Fe and TiC-Fe-AL2O3 Abstract. The method of detonation-gas spraying of powder coatings is considered: the principle and scheme of work, efficiency. The abrasion test results of TiC-Fe and TiC-Fe-AL2O3 coatings obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS) are presented.
Keywords: detanation-gas spraying, detonation coating, composite, self-propagating high-temperature synthesis, tribotechnicalproperties, profilogram.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЫРЬЯ НА СТРУКТУРУ TiC, ПОЛУЧЕННОГО В РЕЖИМЕ СВС Алюшева Гульнара Тахировна, студент (e-mail: [email protected]) Латухин Евгений Иванович, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Амосов Евгений Александрович, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Проведено исследование влияния ряда технологических параметров на структуру карбида титана, полученного в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Ключевые слова: СВС, карбид титана, инициирование горения, размеры частиц, фракции TiC.
Введение
Композиционные материалы превосходят традиционные сплавы по своим механическим свойствам. Одними из самых перспективных являются каркасные, керамико-металлические композиты. Каркасные композиты отличаются от других тем, что керамические частицы прочно соединены друг с другом, поры между ними должны быть заполнены металлом. Содержание керамики обычно 50% или больше. Сочетание свойств карбид
титана и алюминия хорошо себя показало в подшипниках скольжения, как замена дефицитной бронзы. При этом подшипниковые материалы на основе каркасных композитов в системе TiC-Al пока не известны. Поэтому разработка такого материала является перспективной задачей. Одной из проблем, требующей решения, можно считать получение качественного каркаса из карбида титана. Известно [1,2], что макроструктура продуктов реакции СВС во многом определяется скоростью горения, которая зависит от фракционного состава исходных материалов. Так же хорошо известно, что после прохождения волны горения, образующиеся химические соединения укрупняются, происходит рекристаллизация и агломерация зерен. В работе [3] показано, что размеры частиц графита влияют на процесс зарождения и роста зерен TiC [3].
Целью настоящей работы являлось установление влияния исследования технологических параметров на структуру каркаса, полученного в режиме СВС. Для этого решались две задачи:
-получение каркаса карбида титана из различных исходных компонентов,
-исследование возможности получения каркаса из крупных и мелких зёрен карбида титана.
Методика и материалы экспериментов
Были проведены СВС реакции с использованием порошков титана марок ПТС и ТПП-7, технического углерода П701, графита ГЛ1 и окись титана ТО2. Соль Na2TiF6 использовалась для инициирования реакции. Использованные марки углерода не обладают достаточно высокой прочностью и в процессе смешивания с порошком титана измельчаются. Предварительно просушенные порошки смешивались в шаровой мельнице в течение 2 часов. Заготовки массой 10 г. получали односторонним прессованием в цилиндрической пресс-форме диаметром 23 мм с относительной плотностью 0,5. Синтез проводился на воздухе. Запуск реакции СВС проводили с помощью электрической спирали. После завершения горения образцам давалось время для остывания при комнатной температуре. Образцы исследовали с помощью электронного микроскопа JEOL.
Результаты и их обсуждение
Предварительные опыты показали, что для того чтобы каркас из полученного в процессе СВС карбида титана не разрушался под действием газов, скорость горения должна быть минимальной.
Ниже приведены результаты опытов различных сочетаний исходных компонентов.
В первой серии экспериментов брали сложно загорающуюся смесь порошков ТПП7+ГЛ1. Инициировать реакцию в такой смеси с помощью только электрической спирали не удалось. Поэтому часть графита ГЛ1 за-
менили на сажу П701. Образцы, полученные в этих опытах, имеют вид, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1. Результат опыта с добавление сажи
На рисунке 1 хорошо видны различные дефекты в каркасе. Во второй серии опытов брали смесь ТПП7+ГЛ1 с добавлением соли Na2TiF6. При разложении соли Na2TiF6 появляется атомарный титан и дополнительная энергия, что проводит к запуску реакции СВС. На рисунке 2 показан образец, полученный при добавлении соли.
Рисунок 2. Результат опыта с добавлением соли Na2TiF6
Следует отметить, что после сгорания запальной смеси образец тлел, становился ярче и, наконец, вспыхнул. В месте вспышки наблюдаются трещины.
Далее для инициирования реакции в смеси ТПП7+ГЛ1 использовался в качестве химпечи брикет из ТПП7+П701, приготовленный отдельно. Брикеты устанавливали один на другой. Горение проходило спокойнее, чем в предыдущих опытах. Внешний вид полученных образцов представлен на рисунке 3. Отметим, что в этом случае запал отошел легко и ровно от основного брикета.
Рисунок 3. Результат опыта с применением брикета химпечи
Образцы, полученные по схеме с химпечью, являются самыми удачными. Брикеты не имеют заметных крупных трещин. Имеющиеся на образце небольшие трещины в дальнейшем можно будет устранить с помощью более тщательного подбора фракционного состава углерода или режима смешивания.
Таким образом, для получения наиболее качественного образца для синтеза были использованы крупные фракции ^ и ^ а именно порошок титана марки ТПП7 и углерод марки ГЛ1. Эксперименты показали, что главной проблемой использования таких материалов является инициирование реакции.
Рисунок 4. Микроструктура продуктов синтеза в смеси ТПП7+П701
Для исследования возможности получения каркаса из крупных и мелких зёрен карбида титана использовали окись титана TiO2 . Лучшие данные получили при следующем составе: 10 процентов смеси TiO2 + П701 и 90 процентов смеси ТПП7+П701. Фотография с электронного микроскопа полученного карбида титана представлена на рисунке 5.
Рисунок 5. Микроструктура продуктов синтеза в смеси 10%(TiO2 + П701)
+90%(ТПП7+П701).
На рисунке видна смесь крупных и мелких кристаллов. Судя по изображению, полученный карбид титана представляет собой рыхлую смесь кристаллов микронного и субмикронного размера. Можно предположить, что возможность получения каркаса из фракций крупных и мелких кристаллов TiC расширит диапазон свойств металлокерамических материалов антифрикционного назначения.
Заключение
Проведённое исследование показало возможность получения из карбида титана каркаса для металлокерамических композитов в режиме горения. Установлено, что использование крупных частиц углерода снижает разрушение каркаса, но затрудняет запуск реакции синтеза. Применение в качестве реагента окиси титана позволяет существенно изменить микроструктуру каркаса из пористого карбида титана.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (проект № 20-08-00435)
Список литературы
1. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ. / Под научной редакцией В.Н. Анциферова. - М.: Машиностроение-1, 2007. - с.65.
2. Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Combustion for Material Synthesis: CRC Press, 2015. -P.210.
3. Cochepin B., Heian E., Karnatak N. TiC nucleation/growth processes during SHS reactions// Powder Technology. - 2005, V. 157, Is. 1-3, pp. 92-99.
Alyusheva Gulnara Tahirovna, student (e-mail: [email protected])
Latukhin Evgeny Ivanovich, Cand.Tech.Sci., associate professor (e-mail: [email protected])
Amosov Evgeny Aleksandrovich, Cand.Tech.Sci., , Associate Professor (e-mail: [email protected])
Samara state technical university, Samara, Russia(https://samgtu.ru)
THE INFLUENCE OF TECHNOGICAL PARAMETERS OF RAW MATERIALS ON THE STRUCTURE OF TIC OBTAINED IN SHS MODE
The influence of the technological parameters of the starting materials on the structure of titanium carbide obtained in the mode of self-propagating high-temperature synthesis is studied. Key words: SHS, titanium carbide, initiation, particle sizes, TiC fractions.
