Формирование структуры и фазового состава нанокомпозитов на основе Fe-MC (M = Ti, V, Nb) при механохимическом синтезе из различных исходных компонентов

• Автор: Язовских, Ксения Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Тенденции в области разработки карбидосталей и композитов на основе железа, упрочненных карбидами титана, ниобия или ванадия
1.2. Механосинтез как перспективный метод получения нано композита в на основе металл-керамика
1.3. Влияние органической среды на структурно-фазовый состав материалов в процессе механосинтеза

1.4. Механизмы формирования структуры и фазового состава при механосинтезе

1.5. Выводы

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Исходные материалы

2.2. Обработка материалов в шаровой планетарной мельнице Fritsch «Pulverisette7»
2.3. Получение образцов: материалы, среды, режимы
2.4. Методы исследований и используемые режимы
3. СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ МАТЕРИАЛОВ Fe-MC (М = Ті, V, Nb), МЕХАНОСИНТЕЗИРОВАННЫХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ИСХОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ
3.1. Общие сведения о тройных системах Fe-Ti-C, Fe-V-C, Fe-Nb-C
3.2. Механосинтез композитов Fe70-MC30 (М = Ті, V, Nb)
3.2.1. Система Fe-Ti-C
3.2.2. Система Fe-V-C
3.2.3. Система Fe-Nb-C
3.3. Анализ структурно-фазовых превращений в системах, механосинтезированных из различных исходных компонентов. Особенности механосинтеза тройных систем
Fe-Ti-C, Fe-V-C, Fe-Nb-C
3.4. Объемные нанокомпозиты Fe70-MC30 (М = Ті, V, Nb)
3.4.1. Структура и фазовый состав
3.4.2. Исследование микротвердости компактов
3.5. Механосинтез композитов Fe30-MC70 (М = Ті, V, Nb)
3.5.1. Система Fe-Ti-C
3.5.2. Система Fe-V-C
3.5.3. Система Fe-Nb-C

3.6. Объемные нанокомпозиты Бе30-МС70 (М = Т1, V, М))
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время актуальной является разработка сплавов, характеризующихся высокой твердостью и износостойкостью, для изготовления различных конструкционных деталей или покрытий, работающих в условиях повышенных механических нагрузок. Перспективными материалами являются металлические сплавы, упрочненные карбидами тугоплавких металлов, которые обладают уникальными физическими свойствами, такими как высокая температура плавления, хорошая электропроводность и очень высокая твердость [1]. Вследствие высокой прочности и износостойкости, они традиционно используются в экстремальных условиях температуры и давления [2].
Среди таких материалов широко распространены карбидостали (КС) - композиционные материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов (легированных сталей и карбидов, чаще всего карбида титана, с массовой долей от 30 до 70 %) с четкой границей раздела между ними.
Существующие на сегодняшний день методы получения КС имеют ряд недостатков. Это сложность технологических процессов, их многостадийность; использование дополнительно вводимых веществ, таких как связки, клеи; сложность получения беспористых образцов с мелкозернистой структурой; неполная смачиваемость частиц карбидов стальной связкой; плохая текучесть расплавов с высоким содержанием карбидов, возможность появления дополнительных фаз, негативно влияющих на свойства синтезируемых композитов и т.д. Применение метода механохимического синтеза (МХС) для получения таких композиционных материалов имеет значительные преимущества по сравнению с другими методами. Это простой и эффективный метод получения композитов на основе металл-керамика в наноструктурном состоянии, чего невозможно добиться традиционными металлургическими методами после спекания при температурах 1200-1500 °С. Основой МХС является механическая обработка твёрдых смесей, в результате которой происходят измельчение и пластическая деформация веществ, ускоряется массоперенос и осуществляется перемешивание компонентов смеси на атомарном уровне, активируется химическое взаимодействие твёрдых реагентов. Наряду с простотой подготовки исходных компонентов и проведения МХС, сравнительно небольших энергозатратах, полученный продукт представляет собой высокодисперсную фазу, что может быть удобно для последующих технологических операций. Путем МХС, при соответствующем подборе металлического материала для матрицы и керамического для ее упрочнения, соотношения их объемов, времени обработки, метода компактирования и режимов спекания, можно получать нанокомпозиты с требуемым набором свойств. Использование органических
механосплавления. Измельчение частиц увеличивает площадь контакта и активность реагирующих веществ. Постепенно увеличиваются внутренние напряжения и накопленная энергия и, когда они достигают определенной степени, происходит переход Ti(C)—»TiC.
Полагают, что переход зависит от диффузии атомов, в особенности диффузии атомов
углерода [97].
Обработка в ШМ приводит к большим внутренним напряжениям, сильным дефектам и к
появлению значительной объемной доли границ зерен, что обеспечивает дополнительные пути диффузии внутри зерна и повышение скорости реакции. Сначала небольшое количество TiC образуется на поверхности частиц Ti (рисунок 1.16-3). Образование TiC приводит к повышению температуры в размольном сосуде, что повышает коэффициент диффузии атомов, в особенности атомов углерода. В ходе
Рисунок 1.16. Схематическое изображение хода Дальнейшей обработки происходит реакции [98]. постепенное образование TiC и
конечным результатом является НК карбид, большинство из наночастиц которого собраны в агломераты (рисунок 1.16-4).
В работах [99-101] показана возможность получения карбидов титана, ванадия и ниобия
из ферросплавов и оксидов путем механоактивации. В работе [101] порошки ТЮ2, ферротитана
(40 % Ti, 2 % Al, Fe) и графита были механоактивированы в планетарной ШМ в течение 30-90 ч, а затем подвергнуты термообработке в атмосфере Ar при Т = 1300 °С в течение 2 ч, что привело к образованию TiC. В качестве диспергирующей добавки для предотвращения агломерации в смесь были добавлены 1 мл толуола и I г стеарата цинка (ZntCieFbsChb).
В работе [102] показана возможность получения нитридов железа, преимущественно e-Fe3N, с небольшой фракцией ~5 % Fe3C путем обработки в ШМ чистого порошка железа с пиразином (C4H4N2) в вакууме в течение 500 ч. Основное количество углерода не прореагировало или локализовано в междоузлиях гексагональной е-РезМ-сгруктуры, что подтверждается образованием РезС при нагреве до Т = 550 °С.
В работе [103] были получены нитриды титана при механическом измельчении порошка титана в растворе пиразина в бензоле (СвН6) в течение 336 ч. Показано, что в отличие от сухого измельчения Ti-газ N2, когда формируется нитрид титана стехиометрического состава TiN, в