Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва:

Е. И. Пацера, науч. сотр., эл. почта: patsera_yevgeniy@mail.ru

В. В. Курбаткина, вед. науч. сотр.

Е. А. Левашов, зав.каф. порошковой металлургии и функциональных покрытий 

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Россия:

Л. М. Умаров, ст. науч. сотр. 

Работа посвящена исследованию фазового состава богатой хромом области керамических материалов системы Cr – Si – Al – В, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из предварительно механически активированной шихты. В качестве исходных компонентов использовали элементные порошки хрома, кремния, алюминия и бора, которые обрабатывали в планетарной мельнице. В результате механического активирования смесей порошков Cr, Si, Al, В формируется структура, состоящая из слоистых агломератов, поэтому контакт между разнородными частицами улучшается и увеличивается реакционная поверхность. Определены режимы механического активирования, при которых взаимодействие компонентов в активаторе не происходит, оно осуществляется после инициирования в СВС-реакторе. Установлено, что зависимости температуры и скорости горения от начальной температуры для механического активирования смесей имеют линейный характер. Рассчитаны значения эффективной энергии активации горения с минимальным значением 44 кДж/моль для состава 1 после 10 мин механического активирования. Из смесей, активированных по оптимальным режимам, синтезированы образцы керамических материалов. Для анализа фазового состава сплавов использованы компьютерные методы термодинамического расчета фазовых равновесий и экспериментальные материаловедческие методы. Проведено сравнение экспериментальных результатов с расчетными. Установлено, что данные о числе фаз и их составе, полученные расчетными и экспериментальными методами, имеют удовлетворительную сходимость. Оба сплава содержат 4 основные фазы: Cr₅(Si, Al)₃, Cr₂AlB₂Si, Al₈Cr₅Si, Cr_x(Si, Al)_y.

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. Aghili S. E., Enayati M. H., Karimzadeh F. Synthesis of (Fe, Cr)₃Al – Al₂O₃ nanocomposite through mechanochemical combustion reaction induced by ball milling of Cr, Al and Fe₂O₃ powders combustion reaction induced by ball milling of Cr, Al and Fe₂O₃ powders // Advanced Powder Technology. 2014. No. 25. Р. 408–414. 

2. Tritremmel C., Daniel R., Lechthaler M., Polcik P., Mitterer C. Influence of Al and Si content on structure and mechanical properties of arc evaporated Al – Cr – Si – N thin films // Thin Solid Films. 2013. No. 534. Р. 403–409.

3. Lin J., Moore J. J., Moerbe W. C., Pinkas M., Mishra B., Doll G. L., Sproul W. D. Structure and properties of selected (Cr – Al – N, TiC – C, Cr – B – N) nanostructured tribological coatings // Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2010. No. 28. Р. 2–14.

4. Xiang Z. D., Rose S. R., Datta P. K. Low-temperature formation and oxidation resistance of nickel aluminide/nickel hybrid coatings on alloy steels // Scripta Material. 2008. No. 29. Р. 99–102.

5. Chen H.-W., Chan Yu-Ch., Lee J.-W., Duh J.-G. Oxidation behavior of Si-doped nanocomposite CrAlSiN coatings, Surface & Coatings Technology. 2010. No. 205. P. 1189–1194.

6. Мержанов А. Г., Боровинская И. П., Юхвид В. И., Ратников В. И. Новые методы получения высокотемпературных материалов, основанные на горении // в кн. : Научные основы материаловедения. — М. : Наука, 1981. C. 193–206.

7. Ляхов Н. З., Талако Т. Л., Григорьева Т. Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. — Новосибирск : Параллель, 2008. — 168 с.

8. Kurbatkina V. V., Levashov E. A. Mechanoactivation of SHS // Combustion of Heterogeneous Systems: Fundamentals and Applications for Materials Synthesis / ed. A. S. Mukasyan, K. S. Martirosyan. — Kerala : Transworld Research Network, 2007. P. 131–141.

9. Cabouro G., Chevalier S., Gaffet E., Grin Yu., Bernard F. Reactive sintering of molybdenum disilicide by spark plasma sintering from mechanically activated powder mixtures: Processing parameters and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 465. Р. 344–355.

10. Еремина Е. Н., Курбаткина В. В., Левашов Е. А., Рогачев А. С., Кочетов Н. А. Получение композиционного материала МоВ методом силового СВС-компактирования с применением предварительного механического активирования исходной смеси Мо – 10 % В // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13, № 2. С. 197–204. 

11. Kurbatkina V. V., Levashov E. A., Patsera E. I., Kochetov N. A., Rogachev A. S. Combustion and Structure Formation in the Mechanoactivated Cr – B System // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2008. Vol. 17, No. 3. Р. 189–194.

12. Пацера Е. И., Курбаткина В. В., Левашов Е. А., Кочетов Н. А. Особенности горения в системе Mo – Si – B. Часть 2 : Влияние механического активирования // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 1. С. 17–22. 

13. Shiryaev A. A. Thermodynamic of SHS: modern approach // Int. J. of SHS. 1995. No. 4. Р. 351–362.

14. Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.crct.polymtl.ca/FACT/. 

15. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под ред. Н. П. Лякишева : справочник в 3 т. — М. : Машиностроение, 1996. Т. 1. — 992 с.

16. Алисова С. П., Будберг П. Б., Агеев Н. В. Диаграммы состояния металлических систем. — М. : ВИНИТИ, 1958. Вып. 5. — 268 с.

17. Алисова С. П., Будберг П. Б., Агеев Н. В. Диаграммы состояния металлических систем. — М. : ВИНИТИ, 1975. Вып. 19. — 268 с.

18. Zhoua Zh., Lia Zh., Wanga X., Liua Y., Wua Yu, Zhaoa M., Yina F. 700⁰ C isothermal section of Al – Cr – Si ternary phase diagram // Thermochimica Acta. 2014. No. 577. Р. 59–65.

19. Белов Н. А. Диаграммы состояния тройных и четверных систем. — М. : МИСиС, 2007. — 360 с.

20. Манукян Х. В., Егишян А. В., Арутюнян А. Б., Харатян С. Л. // Тезисы докладов и сообщений Минского международного форума по тепло- и массообмену. 2004. Т. 1. С. 315–317. 

21. Pogozhev Yu. S., Potanin A. Yu., Levashov E. A., Kovalev D. Yu. The features of combustion and structure formation of ceramic materials in the Cr–Al–Si–B system // Ceramics International. 2014. Vol. 40. P. 16299–16308.