Синтез литых термостойких сплавов алюминида никеля с боридом вольфрама

В.В. Гостищев1, И.А. Астапов1
1Институт Материаловедения ХНЦ ДВО РАН, ул. Тихоокеанская 153, Хабаровск, 680042, Россия
Аннотация
Алюминиды никеля композитной структуры, упрочненные включениями тугоплавких соединений переходных металлов, обладают большими потенциальными возможностями в плане создания новых материалов с повышенной прочностью и термостойкостью. Разнообразие составов легирующих систем позволяет получать композиционные материалы разного типа с комплексом улучшенных характеристик. В работе представлены экспериментальные результаты по получению материалов на основе интерметаллидной матрицы NiAl с включениями борида вольфрама. Определены термодинамические параметры последовательных реакций, лежащих в основе получения композиционных материалов, которые указывают на высокую вероятность протекания двухстадийного процесса синтеза. Показано, что фазообразование происходит в результате термически сопряженных экзотермических реакций в системах NiO-Al и WO3-B2O3-Al. Установлено, что для создания оптимальных условий образования интерметаллидов NiAl, Ni2Al3 необходимо обеспечить избыток алюминия (около 40%) в составе исходной шихты. Показано, что введение инертных добавок CaF2 (15%) в шихту приводит к максимальному выходу (около 85%) металла в сплав. Увеличение концентрации B2O3 в составе исходной шихты WO3:B2O3=1:0,15 до 1:0,45 повышает объемное содержание борида вольфрама в синтезированном сплаве. Понижение температуры при этом служит причиной образования двух интерметаллидных фаз NiAl и Ni2Al3. По результатам элементного, рентгенофазового анализов и растровой электронной микроскопии композиционные материалы представлены фазами NiAl и Ni2Al3 с включениями борида вольфрама WB. Объемное содержание WB для сплава NiAl-WB составило 15%, для сплава NiAl, Ni2Al3-WB 25%. Микротвердость интерметаллидной матрицы NiAl составляет 3,5-4,5 ГПа. Микротвердость включений борида вольфрама WB (6,3-9,9 ГПа) ниже теоретической, которая не ниже 20 ГПа, что связано с растворением в этой фазе до 5% мас. никеля.
Получена: 06 декабря 2016   Исправлена: 11 апреля 2017   Принята: 25 апреля 2017
Просмотры: 36   Загрузки: 11
Ссылки
1.
K. B. Povarova, A. A. Drozdov, N. K. Kazanskaya et al. Russ. Metall. 3 (2011), 209 – 220 (2011), Doi: 10.1134 / S003602951103013X
2.
K. B. Povarova, N. K. Kazanskaya, A. A. Drozdov, A. E. Morozov. Russ. Metall. 5 (2007), 380 – 386 (2007), Doi: 10.1134 / S0036029507050060
3.
V. N. Sanin, D. M. Ikornikov, V. I. Yukhvid, E. A. Levashov Centrifugal SHS-metallurgy of nickel aluminide based cast alloys, high-alloyed by boron. Non-ferrous metals. 11 (863), 83 – 89 (2014). (in Russian) [В. Н. Санин, Д. М. Икорников, В. И. Юхвид, Е. А. Левашов. Центробежная СВС-металлургия литых сплавов на основе алюминида никеля, высоколегированных бором. Цветные металлы. 11 (863), 83 – 89 (2014).]
4.
J. A. Hawk, D. E. Alman. Wear. 1 (225-229), 544 – 556. (1999), Doi: 10.1016 / S0043–1648 (99) 00006‑X
5.
R. D. Noebe, R. R. Bowman, M. V. Nathal. Physical Metallurgy and processing of Intermetallic Compounds. Book. (1996) 212 – 296, Doi: 10.1007 / 978‑1‑4613‑1215‑4
6.
M. H. Enayati, F. Karimzadeh, S. Z. Anvari. J. Mater. Process. Technol. 1 – 3 (200) 312 – 315 (2008), Doi: 10.1016 / j.jmatprotec.2007.09.023
7.
O. A. Skachkov, K. B. Povarova, A. A. Drozdov, A. E. Morozov. Russ. Metall. 5 (2012), 431 – 434 (2012), Doi: 10.1134 / S0036029512050138
8.
V. I. Yukhvid High-temperature liquid-phase SHS processes: new trends and challenges. Non-ferrous metallurgy. 5, 62 – 78 (2006) [В. И. Юхвид Высокотемпературные жидкофазные СВС-процессы: новые направления и задачи. Цветная металлургия. 5, 62 – 78 (2006).]
9.
A. G. Merzhanov, V. I. Yukhvid, I. P Borovinskaya. SHS cast refractory inorganic compounds. Reports of the Academy of Sciences of the USSR. 1 (255), 120 – 124 (1980) [А. Г. Мержанов, В. И. Юхвид, И. П. Боровинская И. П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез литых тугоплавких неорганических соединений // Доклады АН СССР. 1 (255), 120 – 124 (1980).]
10.
V. N. Sanin, D. E. Andreev, V. I. Yukhvid. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 3 (54), 274 – 279 (2013), Doi: 10.3103 / S1067821213030152
11.
Gostishchev V. V, Astapov I. A., Medneva A. V. Synthesis of composites based on nickel aluminide and molybdenum borides. Voprosy materialovedeniya. 4(48). 45 – 50 (2015) (in Russian) [Гостищев В. В., Астапов И. А., Меднева А. В. Получение композитов на основе алюминида никеля и боридов молибдена. Вопросы материаловедения. 4(48). 45 – 50 (2015)]
12.
Gostishchev V. V, Astapov I. A., Khimukhin S. N. Poluchenie nikel-alyuminievyx splavov s boridami volframa i molibdena metodom SVS-metallurgii. Materialovedenie. 12. 25 – 29 (2016) (in Russian) [Гостищев. В. В., Астапов И. А., Химухин С. Н. Получение никель-алюминиевых сплавов с боридами вольфрама и молибдена методом СВС-металлургии. Материаловедение. 12. 25 – 29 (2016)]
13.
Levashov E. A., Rogachev A. S., Kurbatkina V. V., Maskimov Ju. M., Juhvid V. I. Perspektivnye materialy i tehnologii samorasprostranjajushhegosja vysokotemperaturnogo sinteza. Uchebnoe posobie. Moscow, NUST MISIS, (2011). 377 p. (in Russian) [Левашов Е. А., Рогачев А. С., Курбаткина В. В., Маскимов Ю. М., Юхвид В. И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Учебное пособие. Москва. Изд. дом МИСиC. (2011). 377 с.]