Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

В. В. Курбаткина, вед. науч. сотрудник Научно-учебного центра самораспространяющегося высоко-температурного синтеза (НУЦ СВС), эл. почта: vvkurb@mail.ru
Е. И. Пацера, науч. сотрудник НУЦ СВС
А. Г. Бодян, магистрант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий
Е. А. Левашов, директор НУЦ СВС, зав. кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий

Изучены особенности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза со стадией предварительного механического активирования в системе Ti – Al с функциональными добавками. Повышение начальной температуры (Т₀) приводит к росту температуры горения смесей. Измерены температуры горения смесей при Т₀ = 670 ^оС. Структура и фазовый состав исходных смесей и продуктов синтеза изучены с помощью рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии. Исследовано влияние функциональных добавок (NaCl, AlF₃, TiH₂, нитроцеллюлоза [C₆H₇O₂(OH)_{3 – x}(ONO₂)_x]_n) и Т₀ на структуру и фазовый состав продуктов синтеза. Введение в стехиометрическую смесь порошков Ti и Al в качестве энергетической добавки нитроцеллюлозы не дало положительных результатов, так как реакция протекает не полностью, а продукт содержит карбид титана. Исследования влияния других добавок на температуру синтеза (при Т₀ = 670 ^оС), фазовый состав и структуру продуктов показали, что AlF₃ сильно понижает температуру горения. В случае TiH₂ суммарное содержание образовавшихся алюминидов титана не превышает 51 %, причем на долю TiAl приходится всего 9 % и остаются недореагировавшие исходные компоненты. По сравнению с другими добавками NaCl меньше снижает температуру горения. Продукт содержит 78 % алюминидов титана, 12 % NaCl и 10 % Ti. Для смеси (1 – x)(Ti + 36 % Al) + x NaCl, где x = 5, 10, 15, 30 %, проведен комплекс исследований по оптимизации параметра x, начальной температуры Т₀, времени выдержки в печи. Установлено, что при x ≤ 15 %, Т₀ = 900 ^оС и выдержке в печи в течение 2 ч фазовый состав продукта соответствует 85 % γ-TiAl + 15 % α₂-Ti₃Al. Установлены режимы измельчения полученных спеков в шаровой вращающейся мельнице, обеспечивающие получение узкофракционных порошков со средним размером частиц менее 5 мкм.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения государственных работ в сфере научной деятельности базовой части государственного задания № 2014/113, НИР 28.58.

1. Appel F., David J., Paul H., Oehring M. Gamma titanium aluminide alloys science and technology. — Wiley-VCH, 2011. — 762 p.
2. Soboyejo W. O., Srivatsan T. S. Advanced structural materials. Properties, design optimization, and applications. — CRC Press, 2006. — 528 p.
3. Vajpai S. K., Ameyama K. A novel powder metallurgy processing approach to prepare fine-grained Ti-rich TiAlbased alloys from pre-alloyed powders // Intermetallics. 2013. Vol. 42. P. 146–155.
4. Zhu H., Wei T., Carr D., Harrison R., Edwards L., Hoffelner W., Seo D., Maruyama K. Assessment of titanium aluminide alloys for high-temperature nuclear structural applications // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2012. Vol. 64. P. 1418–1424.
5. Nakata K., Fukuai K., Hishinuma A., Ameyama K. Formation and annealing behavior of defect clusters in electron or He-ion irradiated Ti-rich Ti – Al alloys // Journal of Nuclear Materials. 1997. Vol. 240. P. 221–228.
6. Cao J., Feng J. C., Li Z. R. Joining of TiAl intermetallic by self-propagating high-temperature synthesis // J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41. P. 4720–4724.
7. Agote I., Coleto J., Gutiérrez M., Sargsyan A., García de Corta zar M., Lagos M. A., Borovinskaya I. P., Sytschev A. E., Kvanin V. L., Balikhina N. T., Vadchenko S. G., Lucas K., Wisbey A., Pambaguian L. Microstructure and mechanical properties of gamma TiAl based alloys produced by combustion synthesis + compaction route // Intermetallics. 2008. Vol. 16. P. 1310–1316.
8. Bertolino N., Monagheddu M., Tacca A., Giuliani P., Zanotti C. Ignition mechanism in combustion synthesis of Ti – Al and Ti – Ni systems // Intermetallics. 2003. Vol. 11. P. 41–49.
9. Osipov E. E., Levashov E. A., Chernyshov V. N., Merzhanov A. G., Borovinskaya I. P. Prospect for simultaneous use of vacuum-performed SHS process and various hot rolling techniques for production of semufinished and finished items of ceramometallic or intermetallic composites // Int. Journal of SHS. 1992. Vol. 1. P. 314-317.
10. Chernyshov V. N., Osipov E. E., Levashov E. A., Merzhanov A. G., Biyachi L. Formation of Materials with controllable porosity by SHS vacuum rolling // Int. Journal of SHS. 1994. Vol. 2, No. 3. P. 315–321.
11. Andreev D. E., Sanin V. N., Yukhvid V. I. Cast alloy production on the basis of titanium aluminide with centrifugal SHS method // Inorganic Materials. 2009. Vol. 45. P. 867–872.
12. Sanin V., Andreev D., Ikornikov D., Yukhvid V. Cast intermetallic alloys by SHS under high gravity // Acta physica polonica A. 2011. Vol. 2. P. 331–335.
13. Shiryaev A. A. Thermodynamic of SHS: modern approach // Int. Journal of SHS. 1995. Vol. 5. P. 351–362.
14. Амосов А. П. и др. Самораспространяющийся высокотемпе ра турный синтез нанопорошка карбида титана из гранулированной шихты // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 4. С. 31–37.
15. Курбаткина В. В., Пацерa E. И., Рахимовa A., Логачева А. И., Левашов E. A. Получение субмикронных порошков и наноструктурированных гранул на основе NiAl методом СВС из механически активированной смеси // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 4. С. 69–74.
16. ГОСТ Р 51574–2000. Соль поваренная пищевая. Технические условия. — Введ. 2001–07–01.
17. ТУ 14-1-2159–77. Порошок гидрида титана из титановой губки. — Введ. 1978–04–01.
18. ГОСТ 19181–78. Алюминий фтористый технический. Технические условия. — Введ. 1980–01–01.
19. Seong-Cheol Jang, Byung Yong Lee, Suk Woo Nam, Hyung Chul Ham, Jonghee Han, Sung Pil Yoon, Seong-Geun Oh. New method for low temperature fabrication of NiAl alloy powder for molten carbonate fuel cell Applications // International journal of hydrogen energy. 2014. Vol. 39 P. 12259–12265.
20. Киракосян Х. Г. Регулирование фазового состава и микроструктуры продуктов сгорания при получении металлического молибдена, дисилицида молибдена и карбидов вольфрама : дис. канд. хим. наук. Ереван, 2015.
21. Kobashi M., Miyake S., Kanetake N. Hierarchical open cellular porous TiAl manufactured by space holder process // Intermetallics. 2013. Vol. 42. P. 32–34.