Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия:

Н. И. Каракчиева, старший научный сотрудник лаборатории химических технологий, канд. хим. наук, эл. почта: karakchieva@mail.tsu.ru

В. И. Сачков, заведующий лабораторией химических технологий, докт. хим. наук, доцент

Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Томск, Россия:
О. К. Лепакова, старший научный сотрудник, канд. техн. наук
Н. И. Афанасьев, ведущий научный сотрудник, докт. физ.-мат. наук

Исследована возможность получения тройных боридов с наноламинатной структурой (типа МАХ-фаз) в системе Ti – Al – B методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Использовали разные методы введения бора и титана: в виде порошков элементного бора и титана или соединений TiH₂, AlMgB14 («гидридная технология»). Гидрид титана получали отжигом порошка при 450 ^oC в непрерывном потоке водорода. Полученное смешивали с порошком алюминия и прессовали под давлением 6,63·106 Па. На выходе формировали заготовки диаметром 2 см, толщиной 0,2 см, которые отжигали в программируемом температурном режиме при 620 oC (ниже температуры плавления алюминия). Второй вид заготовок получали, добавляя к гидриду титана порошок алюминия и B/AlMgB14, затем смесь прессовали под давлением 6,63·106 Па. На выходе формировали заготовки (диаметр 2 см, толщиной 0,2 см), которые отжигали при 1000 oC. Высокобористое соединение AlMgB14 получали методом СВС. Использование гидридной технологии приводит к образованию новых фаз: боридов и алюминидов титана. Тройные бориды Ti2AlB не обнаружены. На основании исследований микроструктуры образцов, рентгеновского энергодисперсионного анализа и карт распределения элементов показана возможность получения тройных слоистых соединений (типа МАХ-фаз) в системе Ti – Al – B методом СВС с использованием элементных порошков. Продукты СВС не являются однородной тройной фазой. Тройные слоистые бориды располагаются в матрице интерметаллида Ti3Al. Все использованные в работе методы синтеза приводят к образованию многофазных продуктов.

Работа выполнена в рамках государственного задания ТНЦ СО РАН Проект № 121031800 148-5 (синтез образцов методом СВС).
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания № FSWM-2020-0028.
Исследования микроструктуры (методом РЭМ) выполнены на оборудовании Томского регионального центра коллективного пользования Национального исследовательского Томского государственного университета (Грант Министерства Науки и Высшего Образование Российской Федерации №. 075-15-2021-693 (№ 13.ЦКП.21.0012)).

1. Barsoum M. The M_{n + 1}AXn Phases: a new class of solids. Thermodynamically stable nanolaminates // Prog. Solid State Ch. 2000. № 28. P. 201–281.
2. Сметкин А. А., Майорова Ю. К. Свойства материалов на основе МАХ-фаз (обзор) // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2015. Т. 17, № 4. С. 120–138.
3. Севостьянов Н. В., Бурковская Н. П., Балсуновская Т. А., Ефимочкин И. Ю. Влияние температуры испытаний на триботехнические свойства карбосилицида титана Ti₃SiC₂ // Труды ВИАМ. 2019. Т. 80, № 8. С. 36–45.
4. Ковалев Д. Ю., Аверичев О. А., Лугинина М. А., Бажин П. М. Фазообразование в системе Ti – Al – C при СВС // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 4. С. 11–18.
5. Бажин П. М., Стельмах Л. С., Столин А. М. Влияние степени деформации на формирование МАХ-фазы в материалах на основе Ti – Al – C при СВС-экструзии // Неорганические материалы. 2019. Т. 55, № 3. С. 330–335.
6. Barsoum M. W., El-Raghy T., Ali M. Processing and characterization of Ti₂AlC, Ti₂AlN and Ti₂AlC_0,5N_0,5 // Metallurgical and materials transactions A. 2000. Vol. 31, No. 7. P. 1857–1865.
7. Radovic M., Ganguly A., Barsoum M. W. Elastic properties and Phonon conductivities of Ti₃Al(C_0,5N_0,5)₂ and Ti₂Al(C_0,5N_0,5) solid solutions // Journal of materials research. 2008. Vol. 23, No. 6. P. 1517–1521.
8. Zhou A., Barsoum M. Kinking nonlinear elastic deformation of Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Ti₃Al(C_0,5N_0,5)₂ and Ti₂Al(C_0,5N_0,5) // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 498. P. 62–70.
9. Surucu G. Investigation of structural, electronic, anisotropic elastic, and lattice dynamical properties of MAX phases borides: An Ab-initio study on hypothetical M2AB (M = Ti, Zr, Hf; A = Al, Ga, In) compounds // Materials chemistry and physics. 2018. Vol. 203. P. 106–117.
10. Genceer A., Surucu G. Electronic and lattice dynamical properties of Ti2SiB MAX Phase // Materials research express. 2018. Vol. 5, No. 7. P. 076303.
11. Miao N., Wang J., Gong Y., Wu J., Niu H. et al. Computational prediction of boron-based MAX phases and MXene derivatives // Chemistry of Materials. 2020. Vol. 32, No. 16. P. 6947–6957.
12. Коновалихин С. В., Мингазов А. И., Гуда С. А., Ковалёв Д. Ю. Оценка стабильности структуры МАХ-фаз состава Ti₃AlC_2–xB_x на основе квантово-химических расчетов // Журнал физической химии. 2019. Т. 93, № 7. С. 1034–1037.
13. Амосов Е. А., Ковалев Д. Ю., Латухин Е. И., Коновалихин С. В., Сычев А. Е. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в системе Ti – Al – C – B // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2017. Т. 25, № 2. С. 161–171.
14. Lepakova O. K., Karakchieva N. I., Golobokov N. N., Gal’chenko N. K, Afanas’ev N. I. High-temperature synthesis of Ti – Si – B and Ti – Al – B composites and coatings // International journal of self-propagating high-temperature synthesis. 2020. Vol. 29, No. 3. P. 150–156.
15. Долуханян С. К., Алексанян Ал. Г., Шехтман В. Ш., Манташян А. А. и др. Новый метод получения сплавов на основе переходных металлов // Химический журнал Армении. 2007. Т. 60, № 4. С. 545–559.
16. Пат. 2697146 РФ. Способ получения супертвердого керамического порошкового материала AlMgB14 / О. К. Лепакова, Б. Ш. Браверман, Н. И. Афанасьев, Н. Н. Голобоков ; опубл. 29.10.2018.
17. Belgibayeva А., Abzaev Yu., Karakchieva N., Erkasov R. et al. The structural and phase state of the TiAl system alloyed with rareearth metals of the controlled composition synthesized by the “Hydride technology” // Metals. 2020. Vol. 10, No. 7. P. 1–17.