Взаимодействие сплавов на основе железа, никеля и элементов IV-VI групп с азотом при повышенном парциальном давлении

• Автор: Абрамычева, Наталья Леонидовна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с.

Содержание.
I Введение
II Литературный обзор
§1 Твердофазное взаимодействие элементов в системах на основе железа, никеля и переходных металлов IV-VI групп
1.1 Диаграммы состояния двойных систем
1.1.1 Строение двойных систем Бе-Ме
1.1.2 Строение двойных систем №-Ме
1.2 Твердофазное взаимодействие элементов в тройных системах Ре-№-Ме
§2 Взаимодействие азота с элементами системы Ре-№-Ме (Ме- ТС, Ъх, Щ V, N6, Та, Сг)
2.1. Фазовые равновесия в системах Ре-И и №-1М
2.2. Строение двойных систем Ме-И (Ме- ТС, Ъх, Щ V, N6, Та, Сг)
2.3. Тройные нитридные системы переходных металлов IV-VI групп с железом и никелем
2.4. Строение четырехкомпонентных систем Ре-№-Ме-М
§3 Диффузия азота в системах Ре-М-Ме-Р!
§4 . Механизм и морфология нитридообразования в азотированных слоях
III Экспериментальная часть
§1 Методика приготовления образцов
1.1. Исходные материалы и сплавы
1.2 Методика приготовления диффузионных пар
1.3 Приготовление образцов для изучения систем с участием азота
§2 Методика исследования образцов
2.1. Электронно-зондовый микроанализ
2.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.3. Оптическая микроскопия
2.4. Рентгенофазовый анализ
2.5. Измерение микротвердости
§3 Твердофазное взаимодействие элементов в тройных системах Ре-ЫьМе
3.1. Строение тройных систем Ре-№-1ТЬ и Ге-ЫСТа при 1273К

3.2. Диаграммы состояния систем с участием железа, никеля и
нитридообразующих элементов IV группы.
3.2.1 Взаимодействие элементов в тройной системе Бе-М-Тл при 1273К
3.2.2. Взаимодействие элементов в тройных системах Бе-М- Ъх и Ре-М-НТ
§4. Высокотемпературного азотирование - как метод изучения фазовых
равновесий в системах с участием азота.
4.1. Взаимодействие элементов на фазовых границах образцов
никель+интерметаллид при 1273К и Р№ = 5*106 Па.
4.2. Оценка проницаемости азота через никель при 1273К и РНг =5* 106 Па
§5 Фазовые равновесия в четырехкомпонентных системах Ре-ІМі-Ме-М
5.1. Взаимодействие азота со сплавами систем Ре-№-(Ті, Ъх, Ш)
5.2. Взаимодействие азота со сплавами систем Ре-№-Сг и Ре-№-У
5.3. Взаимодействие азота со сплавами систем Ре-Мі-КЬ-К' и Ре-Мі-Та-М
§6 Кинетика взаимодействия азота со сплавами тройных систем Ре-Мі-Ме
(Ме=Сг, V, КЬ, Та).
IV Обсуждение результатов
V Выводы
VI Литература

I. Введение.
Композиционные материалы, содержащие в качестве одного из компонентов высокопрочные нитридные фазы, являются наиболее перспективными конструкционными материалами для работы при повышенных температурах. Благодаря своим уникальным физико-химическим характеристикам, таким как высокая прочность, жесткость и твердость, низкая удельная плотность, устойчивость к окислению, эти материалы, могут использоваться при изготовлении различных деталей поршневых двигателей, газовых турбин, теплообменников и т.п.[1,2].
К композициям такого класса относятся материалы на основе никелевых сплавов и сталей с нитридами переходных металлов IV-VI групп. В зависимости от функции, которую деталь выполняет в конструкции, нитридная фаза может находиться в материале либо в виде дисперсной составляющей (дисперсно-упрочненные материалы), либо в виде защитного слоя (слоистые материалы). Кроме того, к таким материалам можно отнести различные виды металлокерамических соединений, в которых керамическая деталь соединяется с деталью из металла или сплава (сварные, паяные и др. изделия).
Вне зависимости от типа композиции практически все материалы на основе неорганических компонентов представляют собой неравновесные системы. Протекающие на поверхности раздела "керамика-металл" твердофазные процессы переводят материал в состояние близкое к равновесию и определяют эволюцию его свойств, при получении, переработке и эксплуатации. То есть, именно от химического взаимодействия компонентов на поверхности раздела зависит стабильность упрочняющей фазы в дисперсно-упрочненных материалах, прочность на отрыв в слоистых материалах и металлокерамических соединениях, структурная целостность и другие физикомеханические параметры композиций.
Поэтому, при разработке того или иного композиционного материала необходимо обеспечить химическую совместимость компонентов, которая в первую очередь определяется строением соответствующей диаграммы состояния. К сожалению, диаграммы состояния на основе железа, никеля с нитридами переходных металлов IV-VI групп изучены недостаточно.
Кроме того, необходимы данные о кинетике твердофазных процессов протекающих на поверхностях раздела композиционных материалов. Для данного класса материалов подобная информация практически отсутствует в литературе.

сечения тройных диаграмм состояния Fe-V-N и Ni-V-N при температурах 1273К и 1373К соответственно. Авторы работы [126] рассчитывали систему Fe-V-N на основе оптимизации термодинамических данных с оценкой тройных параметров взаимодействия по программе PARROT.
В системе существуют следующие трехфазные равновесия: y-VN-N2, y-a-VN, a-VN-V2N, a-a-V2N, P-V2N-C7. Твердый раствор на основе V содержит около 6 ат.% N в чистом ванадии и около 1 ат.% N при концентрации Fe - 20 ат.%. В остальных фазах двойной системы Fe-V растворимость азота незначительна. Растворимость Fe в нитриде V2N практически отсутствует.
Область гомогенности нитридов V2N и VN составляет 30- 37 ат.% V и 40- 50 ат.% V соответственно. Наблюдается незначительная растворимость Fe в соединении VN, до 3 ат.%. Тройных соединений в системе не обнаружено.
Авторы работы [127] исследовали растворимость нитридов ванадия в чистом железе. По данным электронно-микроскопического и фазового анализа растворимость нитрида ванадия в железе составляет около 0,05 ат.%.
В работе [128] исследовалась растворимость азота и образования нитридов ванадия в аустенитных железованадиевых сплавах. Авторы установили, что при температуре 1273К практически весь ванадий переходит в нитридную фазу.
В отличие от системы Fe-V-N на диаграмме состояния Ni-V-N присутствует тройное соединение V4N12N (ц-нитрид), кристаллизующееся по типу частично заполненной решетки ИгМ. Эта фаза образуется по перитектической реакции. Сечение VN-Ni при давлении азота 0,1 МПа представляет собой эвтектическую систему с температурой плавления 1680±20К.
Равновесия в данных системах зависит не только от температуры, но и от давления азота. При Р№= 0,1 МПа мононитрид находится в равновесии с почти чистьми железом или никелем. По мере снижения давления азота инвариантная точка трехфазного равновесия VN+N+(Fe,V или Ni,V) смещается в сторону более высоких концентраций ванадия.
Строение тройных систем Fe-Nb-N и Ni-Nb-N при 1473К и давлении азота 1 МПа показано на рис. 19 (в,г) [121]. В данных системах также образуется тройная г|-фаза, состав которой может быть описан формулой Nb4_x(Fe,Ni)2+xN. В системе Fe-Nb-N область гомогенности данной фазы распространяется примерно от MxJiN до Nb3jFe2,3N, параметр решетки при этом изменяется от 11,42 А до 11,31 А.