Диссертация (1097714), страница 35
Текст из файла (страница 35)
% Cr2O3 + 65,9 мас.% Fe + 25,99 мас. % Al после2 мин МА при 60 g, вдольуказаннойлинии:распределение железа190рис. 5.18. Полученные кривые демонстрируют концентрационное перераспределениеэлементов внутри микронных слоев, свидетельствующее о фазовых превращениях,протекающих при СВС, при общем сохранении структурной морфологии прекурсора иналичии обогащенных различными элементами областей.Рисунок 5.19.
Термограмма процессаСВС1000использованиемпрекурсора900800Температура, Ссвкачествемеханокомпозита,полученного в системе 8,1 мас.% Cr2O3 +70060065,9 мас.% Fe + 26 мас.% Al после 2500минут МА при 60 g400300200Несмотря1000050100150Время, сек200250нато,чтонадифрактограмме продукта СВС (рис.5.15) присутствуют только линии FeAl,фазовыйсоставпродуктасинтезавключает также корунд Al2O3 (по данным просвечивающей электронной микроскопии) инекоторое количество твердого раствора алюминия и хрома в железе α-Fe(Al,Cr) (поданныммессбауэровскойспектроскопии).КаквидноизПЭМ-микрофотографии (рис. 5.18 б),продукт СВС характеризуетсяаморфизированной структурой свкраплениямиРазмернанокристаллов.тонкихвключений,выделяемых визуально на ПЭМизображениях, составляет от 10до 40 нм, а крупных частиц(агломератов) – от 200 до 500нм.Рисунок 5.20.
Мессбауэровские спектры механокомпозита65.9 мас.% Fe + 25 мас.% Al+ 8.1 мас.% Сr2О3 после СВС.Следует отметить, что величина микротвердости прекурсоров и продуктов синтеза вобеих системах очень близки (табл. 8.3), несмотря на фазовые трансформации,протекающие в процессе СВС. Возможно, это обусловлено формированием так называемойвзаимопроникающей структуры нанокомпозитов [380].191Известно, что характерная морфология фаз продуктов взаимодействия в системах среакциями замещения зависит от относительной стабильности растущих границ фазпродуктов. В одних системах в результате реакции растут стабильные плоские илислоистые границы. В других системах морфологическая нестабильность приводит квнедрению фаз продукта в родительскую фазу из исходно плоских границ раздела сформированием взаимопроникающих структур с повышенной межфазной прочностью.Аморфизованная структура и отсутствие линий оксида алюминия на дифрактограммахполученных продуктов СВС косвенно свидетельствуют в пользу формирования такойструктуры.Таким образом, использование в качестве прекурсоров СВС механокомпозитовпозволяет полностью сохранять структурную морфологию прекурсоров даже в системах салюмотермическими реакциями и открывает новые возможности создания материаловметодом СВС.На базе проведенных исследований коллегами из института порошково металлургииНАН Беларуси впервые разработана безреакторная технология [381,382] СВ-синтезакомпозиционных порошков в режиме горения в среде воздуха, обеспечивающаяреализацию данного процесса в условиях любого термического участка.
Детонационнымнапылением из нанокомпозиционных порошков интерметаллид/оксид (FeAl/Al2O3 иFeAl(Cr)/Al2O3) получены покрытия высокого качества с пористостью менее 1 %,нанокристаллическойструктуройимикротвердостью7,5-8,5ГПа.Покрытияхарактеризуются отличной стойкостью к эрозии-коррозии при повышенных температурах,а также высокой износостойкостью в условиях трения скольжения со смазкой.Таблица 5.2 Микротвердость механокомпозитов и соответствующих продуктов СВС [31]Микротвердость, Hv25среднее значениедиапазон значенийСистема 12,5 % Fe2O3 + 60,9 % Fe + 26,6 % AlМеханокомпозит216161-321Продукт синтеза217110-473Система 8,11 мас.% Cr2O3 + 65,9 мас.% Fe + 25,99 мас.% AlМеханокомпозит275167-441Продукт синтеза269221-412Наименование образца192§5.2.4.Влияние локальной структуры механохимически полученныхпорошковых прекурсоров Fe/Zr И Fe2O3/Fe/Zr на микроструктуру СВСкомпозитов Fe/ZrO2Какпоказановсамораспространяющийсяпредыдущихпараграфах,высокотемпературныймеханохимическийсинтезнасинтезимеханоактивированныхпрекурсорах (МАСВС) являются эффективными методами получения композитных, в томчисле, нанокомпозитных структур.
Однако для высокоэнергетических систем оксид –активный металл получить указанными методами композиционный материал очень сложновследствие того, что реакции восстановления оксидов характеризуются высокой скоростьютепловыделения и, как правило, проходят в режиме теплового взрыва, что ранее былопоказано на примере систем CuO-Me (Me-Al, Ti, Zr) [383-385].Показано, что двухступенчатая механоактивация, включающая получение напервом этапе механокомпозитов Cu-Ме (где Ме-Ti, Zr) и последующую совместнуюмеханоактивацию реакционной смеси с образованием тройных механокомпозитов CuOCu/Me,позволяетизбежатьинтенсивногоразбросаматериаловприсамораспространяющемся высокотемпературно синтезе (СВС) и переводить его из режиматеплового взрыва в режим горения при сохранениистехиометрического соотношениямежду оксидом меди и металлом-восстановителем.
Рентгеноструктурный анализ показал,что на стадии механоактивации взаимодействующих металлов Cu-Ti, Cu-Zr формируютсянанокомпозитыиотсутствуютинтерметаллическиесоединения,соответствующиеравновесной диаграмме состояния этих систем.Методом атомно-силовой микроскопии механокомпозита Cu/Zr было показано, чтона межфазных границах наблюдаются слои толщиной 20-50 нм, которые по своемуконтрасту в режиме torsion сильно отличаются от контрастов матричной фазы меди и болеетвердого циркония, выступающего над поверхностью шлифа, что позволяет предположитьнекоторое механохимическое взаимодействие между металлами. Поскольку в структурныхисследованияхособуюзначимостьприобретаютметоды,позволяющиеполучатьинформацию о топологическом и композиционном ближних порядках, которые во многомопределяют свойства получаемых композитных систем, неопределенности, возникающиепри изучении особенностей структуры составляющих композитную систему наночастиц,при установлении связи между их структурой и реакционной способностью, а также приисследовании поведения системы как целого , могут быть разрешены с помощьюмессбауэровской спектроскопии.193изучитьизменения в локальной структуре прикомпозитовFe/Zr,ходеполучения6000и400010000Fe2O3/Fe/Zrпродуктов самораспространяющегосявысокотемпературногополученныхкачествес8000синтеза,использованиемпрекурсора6000тройного400030механокомпозита Fe2O3/Fe/Zr.Вработе8000в4050использовалипорошки железа марки ПЖРВ 3.200,оксида железа Fe2O3 ТУ 6-09-5346-87,α-Feα-Feмеханохимическоговb)α-Feпревращенийа)c)60702 Θ, gradα-Feфазовых10000α-Feлокальных структур и структурно-60000α-Feжелеза,.
Целью являлось изучениеIntensity, impбыли исследованы системы на основеα-Fe80000α-Feсистем, а также в продуктах МАСВС,ZrZrметаллическихα-Feмеханоактивации100000α-Feчтобыα-Feтого,ZrZrZrДля80d)90100Рисунок5.21–Дифрактограммымеханокомпозитов Fe/Zr, полученных после 4 (а)и 20 мин (б) и 30 мин (в) механоактивациициркония М-41 и титана ПТОМ. (Размерычастиц порошка Fe 20–50 мкм, Fe2O3 - 10–20 мкм), and Zr (0.5–1 мм) ).На первом этапе проводили механоактивацию 2 порошковой системы Fe-20 масс.%Zr с образованием двойных механокомпозитов Fe/Zr, после чего к полученным композитамдобавляли оксид железа и проводили совместную механоактивацию в течение 4 минут собразованиемтройныхмеханокомпозитовFe2O3/Fe/Zr.Продолжительностьмеханоактивации Fe-Zr варьировали от 4 до 30 минут.
СВС осуществляли в атмосфереаргона, образец поджигали вольфрамовой спиралью, нагреваемой электрическим током.Температуру и скорость горения оценивали термопарным методом (хромель-алюмелевыетермопары диаметром ≈ 0,2 мм) с использованием внешнего 2-канального 24-разрядногоАЦП ADSC24-2T.Рентгеноструктурный анализ показал, что послемеханоактивации в смесипорошков Fe-20 масс. % Zr в течение 4 минут регистрируется около 90% α-Fe и около 10%2Механическая активация (МА) проводилась в высокоэнергетических планетарных шаровых мельницах сводяным охлаждением в атмосфере аргона (объём барабана 250 см3, диаметр шаров 5 мм, соотношение массышаров к массе обрабатываемого материала 20:1, скорость вращения барабанов вокруг общей оси ~1000об/мин).194Zr.
Дальнейшее увеличение времени активации приводит к исчезновению рефлексов отфазы циркония. Интенсивность рефлексов железа практически не изменяется, а сдвиг пиковнезначительный. Увеличение продолжительности механоактивации с 4 до 20 минутприводит к уменьшению среднего размера кристаллитов железа с 40 до 13 нм и некоторомуувеличению параметра решетки с 0,28654 нм до 0,28660 нм. И по данным рентгеновскойдифракции, явного химического взаимодействия железа с цирконием в процессепроведенной механоактивации порошковой смеси Fe-20 масс.% Zr не наблюдается (рис.5.21). Исчезновение рефлексов циркония на дифрактограмме порошкового образца после20 мин механоактивации, вероятно, связано с его измельчением и гомогеннымраспределением в сформированном композите.
Железо более пластично, чем цирконий. Этообуславливает скорейшее измельчение циркония и распределение его в композитной смеси.Вследствие малой растворимости цирконияи железа друг в друге формируетсямикроструктура частиц с включениями наноразмерных частиц в металлической матрице –это хорошо видно на изображениях частиц, полученных методом просвечивающейэлектронной микроскопии (рис. 5.22). Композитная частица размером ~300 нм и по даннымэлектронной дифракции имеющая структуру о.ц.к Fe, содержит частицы другой фазы (Zr)(светлые пятна на темнопольном изображении) с размерами 6-14 нм.а)б)Рисунок5.22.ПЭМизображения композитнойчастицы после 4 минутмеханической активации Fe20%Zr(светлопольноеизображение(а);темнопольное изображение(б) )На рисунке 5.23 представлены результаты мессбауэровского исследованиямеханокомпозитов Fe/Zr, полученных в результате механоактивации смеси Fe и Zr втечение 4 (а), 20 (б) и 30 (в) минут.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
