Статья: Самораспространяющийся высокотемпературный синтез композиционного сплава Al-TiC в расплаве алюминия с применением флюсов

В отличие от предыдущих составов порошков в данном случае в структуре образцов, полученных с обоими флюсами при обеих температурах, помимо карбидной фазы наблюдается фаза TiAl₃ игольчатой морфологии. Очевидно, это связано со следующим. На поверхности крупных частиц титана зарождаются первичные карбиды за счет взаимодействия с находящимся в зоне плавления углеродным материалом. Высокая скорость образования и быстрый рост карбидов приводят к образованию плотного слоя карбидных частиц вокруг не до конца перешедшей в расплав титановой частицы. Карбидный слой служит препятствием как дальнейшему переходу титана в расплав, так и транспорту к титановой частице алюминиевого расплава и углеродного материала, что приводит к торможению реакционного взаимодействия, а следовательно, и к снижению интенсивности тепловыделения. При повышении начальной температуры расплава до 1000 °С наблюдается, как и в других случаях, значительное повышение максимальной температуры, однако тепловыделения системы явно недостаточно для разрушения карбидного слоя. Также следует отметить увеличение размеров карбидной фазы при начальной температуре расплава, равной 1000 °С, что является негативным результатом, поскольку с увеличением размеров частиц TiC повышается и общая хрупкость материала. В процессе механического размешивания расплава после прохождения СВС-реакции слой карбидной фазы разрушается и частица непрореагировавшего титана реагирует с жидким алюминием с образованием интерметаллидной фазы. Порошок титана марки ТПП-7 имеет размер частиц ?280 мкм, и даже при начальной температуре синтеза в 1000 °С выделяющегося после реакции тепла недостаточно для образования карбидной фазы, и потому образуется интерметаллидная фаза TiAl₃. Тогда как, например, в образцах с порошком титана ПТХ6-1, имеющим размер частиц ?180 мкм, интерметаллиды образуются только при температуре расплава 900 °С, а в образцах с ПТМ (?80 мкм) не образуются вовсе. Таким образом, на составах с применением порошков ПТХ6-1 и ПТМ наилучшее усвоение синтезируемой фазы наблюдается при верхнем уровне исследуемой начальной температуры расплава (1000 °С), что связано с увеличением максимальной температуры СВС-реакции. Для порошкового состава, включающего марку титана ТПП-7, повышение начальной температуры приводит к избыточному образованию интерметаллидной фазы и незначительному повышению максимальной температуры расплава. Данные спектрального анализа (табл. 3) также свидетельствуют о том, что оптимальной начальной температурой расплава на рассматриваемом составе является температура 900 °С.

Таблица 3 Результаты плавок композиционного сплава Al-10%TiС при различных начальных температурах расплава (ТПП-7, П-701)

Влияние на синтез добавок флюсов. В случае использования флюсов на данном составе порошков уже при температуре расплава в 900 °С удается получить чистый гомогенный излом, при этой же температуре наблюдается наибольший перегрев в ходе реакции и самое малое время задержки, что говорит о высокой интенсивности реакции. В образце без флюса карбид титана образуется, но остается в виде агломерата, в отличие от образцов с флюсами, где карбидная фаза равномерно распределена в алюминиевой основе.

Рентгенофазовый анализ, проведенный на образцах с исходным порошком титана ТПП-7, показал наличие в структуре всех образцов фаз Al, TiC, TiAl₃. Показатели параметра решетки карбидной фазы следующие: отношение С/Ti в образцах, полученных при начальной температуре расплава 900 °С, примерно равно 0, 7, а при температуре 1000 °С - 0, 9-1, 0. Таким образом, проведенные экспериментальные исследования по получению композиционного сплава Al-TiС методом СВС в расплаве на различных составах порошковой шихты (ПТХ6-1, П-701), (ПТМ, П-701), (ТПП-7, П-701) показали следующее.

1. Методом СВС в расплаве возможно получение сплава Al-(10-15%)TiC. Использование флюсов криолит и Nocolok в составе СВС-шихты позволяет:

а) активизировать реакцию и получить чистый излом;

б) улучшить смачиваемость синтезированной карбидной фазы алюминиевым расплавом, что приводит к повышению ее концентрации. Сравнение степени усвоения вводимой шихты в образцах, полученных с применением флюсов криолит и Nocolok, не показало явного преимущества ни одного из флюсов.

2. Оптимальные температурные синтезы составляют 900-1000 °С в зависимости от компонентного состава шихты.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Луц А.Р., Макаренко А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов. - М.: Машиностроение, 2008. - 175 с.

2. Кандалова Е.Г. Разработка технологии получения модифицирующих лигатур Al-Ti и Al-Ti-B на основе процесса СВС: Дисс. … канд. наук. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2000. - С. 190.

3. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 568 c. - ISBN 978-5-94275-360-3.

4. Хиби Н. Химия синтеза сжиганием / Под ред. М. Коидзуми. - М.: Мир, 1998. - С. 345.

5. Lu L., Lai M.O., Yeo J.L. In situ synthesis of TiC composite for structural application // Composite Structures. - 1999. - Vol. 47. - p. 613-618.

6. Xiangfa Liu, Wang Zhenqing, Zhang Zuogui, Bian Xiufang. The relationship between microstructure and refining performance of Al-Ti-C master alloys // Materials Science and Engineering. - 2002. - Vol. 332A. - p. 70-74.

7. Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния / М.: МИСИС, 2002. - С. 375. - Библиогр.: 367-375. - ISBN 5-87623-100-2.

8. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. - М.: Металлургия, 1976. - 272 с.