Досліджено фазовий та хімічний склад нанопорошків, отриманий за помощью Спільного електричного Вибух провідників з різнорідніх металів (мідь и алюміній, залізо и алюміній) и зі сплаву мідь-нікель з різнім вмістом нікелю. Показана можлівість Отримання Наступний интерметаллидов: Cu9 Al4, CuAl2, FeAl, Fe2 Al5, FeAl3, Cu3,8 Ni. Встановлен, что Підвищення Вихід интерметаллидов спостерігається при максимальному перемішуванні компонентів, что досягається тісною контактом підріваються провідників або Використання провідників у виде сплаву.

Анотація Наукової статті з нанотехнологій, автор Наукової роботи - Ільїн А. П., Назаренко О. Б., Тихонов Д. В., Яблунівська Г. В.


PRODUCTION AND CHARACTERISTICS OF ELECTROEXPLOD SIVE NANOPOWDERS OF ALLOYS AND INTERMETALLIDES

Phase and chemical composition of nanopowders, produced with electric explosion of copper and aluminum conductors, iron and alumi< num conductors and conductors from alloy copper<nickel is investigated. The possibility of obtaining the intermetallides Cu9Al4, CuAl2, FeAl, Fe2Al5, FeAl3, Cu3,8Ni in conditions of the electric explosion of wires is depicted. It has been determined that there is an increasing yield of intermetallides in conditions of highest possible mixing of components that is achieved by close contact of exploded wires or by the usage of alloy wires.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ
    Наукова стаття на тему 'Отримання и Властивості електропідрівніх нанопорошків сталева и интерметаллидов'

    Текст Наукової роботи на тему «Отримання и Властивості електропідрівніх нанопорошків сталева и интерметаллидов»

    ?УДК 536.46: 541.182

    Отримання І Властивості електропідрівної нанопорошків СПЛАВОВ І інтерметалідах

    А.П. Ільїн, О.Б. Назаренко, Д.В. Тихонов, Г.В. Яблунівська

    ФГНУ «НДІ високих напруг». Томського E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Досліджено фазовий та хімічний склад нанопорошків, отриманий за помощью Спільного електричного Вибух провідників з різнорідніх металів (мідь и алюміній, залізо и алюміній) и зі сплаву мідь-нікель з різнім вмістом нікелю. Показана можлівість Отримання Наступний интерметаллидов: Cu9Al4, CuAl2, FeAl, Fe2Al5, FeAl3, Cu3 8Ni. Встановлен, что Підвищення Вихід интерметаллидов спостерігається при максимальному перемішуванні компонентів, что досягається тісною контактом підріваються провідників або Використання провідників у виде сплаву.

    Вступ

    Розвиток техніки і технологій Постійно требует Нових матеріалів з Незвичайна фізико-хімічними та фізико-механічнімі властівостямі. У цьом плане Значний Інтерес представляються собою интерметаллические з'єднання (ІМС) - стехіометрічні сполуки между металами. Деякі ІМС ма ють напівпровідніковімі и сверхпроводящими, особливо магнітними и каталітічні Властивості, скроню Твердість, жаростійкістю [1]. Останнім часом Інтерес до інтерметалідах зріс у фізиків-теоретіків в зв'язку з Виявлення особливо їх крісталічної структури - осейсіметрії 5-го, 10-го порядку и т.д., что суперечіть Класичним уявленням крісталографії. Проблема синтезу інтерметалідів в нанодіспер-сном стані є актуальною в зв'язку з Розширення сфер їх! Застосування.

    Зазвічай ІМС сінтезують Шляхом трівалого витримування розплавів металів при питань комерційної торгівлі температурах [2] або Використовують метод само-пошірюється високотемпературна синтезу (СВС). При цьом Виходять в кращий випадки Грубодісперсні порошки интерметаллидов.

    Технологія електричного Вибух провідників (ЕВП) в інертніх газах дозволяє сінтезуваті ІМС и сплави в нанодисперсному стані, что є істотнім ее перевага. Процес ЕВП характерізується великою щільністю потужності ЕНЕРГІЇ (>1014 Вт / с) І ШВИДКО нагріванням (>107 К / с) провідника до високих температур (>104 К) [3]. При сінтезі ІМС з різнорідніх металів для методу ЕВП НЕ є перешкоду тугоплавкость окремий вихідних металів и велика різніця в їх температури плавлення и кіпіння.

    Ранее були досліджені морфологія, фазовий склад и динаміка окислення порошків, отриманий в різніх условиях електричного Вибух латуні зволікань [4]. Було Виявлено, что частинки ціх порошків є фазово-неодноріднімі: поверхня частінок булу покриттям оксидом цинку, Зміст більш тугоплавкого компонента (МІДІ) зростан від периферії часток до їх центру. Відповідно до відомої закономірністю ЕВП [5-7] Збільшення введеної в провід-

    нік ЕНЕРГІЇ супроводжували зростанням дісперсності порошків и збільшенням Частки віхідної а-фази латуні, збідненого цинком.

    Метою даної роботи Було встановлення закономірностей синтезу нанопорошків (НП) інтерметалічніх Сполука в условиях ЕВП, їх дісперсності, фазового та хімічного складу.

    Матеріали и методики експеріментів

    Суть методу Отримання НП сталева и ІМС при вікорістанні провідників з різнорідніх металів (парі мідь и алюміній, залізо и алюміній) Полягає в тому, что у вибухово камеру подаються заготовки з металів, сполуки якіх передбачається отріматі, и проводитися їх Спільний електричний вибух в інертному середовіщі . В процесі розльоту продукти Вибух змішуються и реагують между собою. Спільні вибухи провідників однакової довжина проводів при їх паралельно розташуванні. У разі різніх довжина провідників вібухав «палять», коли на одну або кілька зволікань з одного металу намотуваліся інші з рівномірнім кроком намотування. В експеримент змінюваліся: відстань между провіднікамі при їх паралельно розташуванні, співвідношення мас підріваються заготовок, енергія, введена в систему провідників, и енергія дугового стадії електричного Вибух.

    Для дослідження возможности Утворення інтерметалідів в условиях ЕВП зі сталева Сі-№ вікорістовуваліся провідники діаметром 0,3 мм з вмістом нікелю 45, 23, 12 и 6 мас. %. Зразки порошків отримувалася при одному и тому ж зарядного напрузі, рівному 24 кВ.

    Вибухи проводилися в середовіщі аргону при тиску 200 кПа на дослідно-промисловій установці, структурна схема якої показана на рис. 1. АНАЛІЗУ піддавалі порошок, Який осів в Спеціальному Збірнику и минули пасівацію в середовіщі аргону з контрольованім напуском Повітря. При цьом не допускається розігріву бланках. Процес пассивации зазвічай закінчувався через 10 діб.

    Фазового и хімічний склад НП ІМС проводівся с помощью рентгенівського дифрактометра ДРОН-3,0 з Використання Сіка-випромінювання

    трубки и методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) на растровому Електрон мікроскопі JSM-840 в режімі микроанализа. Характерні розміри частінок визначавши с помощью просвічує мікроскопа ЕМА-4.

    Мал. 1. Структурна схема дослідно-промислової установки: 1) вибухово камера з механізмом подачі провідника; 2) розряднік; 3) ємнісній накопичувачі ЕНЕРГІЇ; 4) зарядний пристрій; 5) вакуумна система; 6) система Заповнення установки робочим газом; 7) Пристрій відділення продуктів Вибух від РОбочий середовища; 8) пульт управління

    Результати та Обговорення

    1. Система Сі-А1. Дані рентгенофазового АНАЛІЗУ (РФА), микроанализа, а такоже Відомості про розміри и форму частінок наведені в табл. 1. согласно з данімі Електронної мікроскопії частинки нанопорошків ма ють сферична або сферична з легкої огранювання форму. Дісперсність порошків знаходиться в межах від 0,02 до од. мкм. Согласно з данімі просвічує мікроскопії спостерігаються частинки трьох відів - Світлі; Темні; з пухкої поверхні и більш щільною центральна частина, з чіткою межею поділу между ними. Куля пухкої складової, найімовірніше, пов'язаний з оксидно-гідроксідні оболонки на поверхні частінок, что утворюється при пасивації порошків в аргоні добавками Повітря. Наявність значної Частки оксиду-гідроксиду, мабуть, пов'язано з нестійкістю поліфазній системи, что утворілася при ЕВП, тому что можливе Утворення гальванопар, что пріскорюють окісні процеси при пасивації.

    Співвідношення Сі: А1 в провідніках для зразків 1-4 склалось 31,78: 68,22 (ат.%), А для бланках 5 -22,54: 77,46 (ат.%). З результатів микроанализа (площа грунта конусу бланках 300 мкм2) слід, что поверхневі и пріповерхневі атомарні шари частінок збагачені міддю (67,29 ... 75,94 ат.% В порівнянні з 31,78 ат.% У вихідних провідніках). Це можна поясніті явіщем конкурентної діфузії А1 до центру Частки в процесі ее охолодження, яка відбувається з поверхні. Мікронні частки (площа грунта конусу 10 мкм2) ма ють Переважно Зміст як одного, так и Іншого компонента (зразки 1 і 3, табл. 1). Суб-мікронні частки (площа грунта конусу

    0,5 мкм2) ма ють більш однорідній склад внаслідок їх формирование з парової фази и Кращий перемішування компонентів. Низька вміст МІДІ в мікронною частці (зразок 3, табл. 1) в порівнянні з частко субмикронного діапазону пояснюється Випадкове Вибори и можлівістю Утворення крупних крапель розміром до десятка мкм за рахунок конфігураційніх кінцевіх ефектів при ЕВП [8], что ускладнює перемішування ПЕРВИННА продуктів Вибух и виробляти до неоднорідності складу кінцевіх продуктів.

    Таблиця 1. Результати микроанализа, фазовий склад и мі-кроструктурніе характеристики порошків, отриманий при ЕВП в системе Сі-А!

    № бланках Відстань между Сі и А! провіднікамі, мм Склад поверхні частінок, ат. % Фазових склад по РФА

    Загальний аналіз порошку а ц ст а ч РЄ ПЗ н н о р к субмікронніх Частка

    1 0 Сі - 75,94 А! - 22,49 Сі - 91,85 А! - 7,19 Сі - 68,02 А! - 30,36 А!, Сі, Сі9А! Д

    2 100 Сі - 77,47 А! - 20,06 Сі - 74,74 А! - 23,30 Сі - 72,29 А! - 26,52 А!, Сі

    3 5 Сі - 67,29 А! - 29,69 Сі - 9,55 А! - 89,90 Сі - 74,93 А! - 22,65 А!, Сі, Сі9А! 4, СІА! 2

    4 0 Сі - 74,54 А! - 23,35 Сі - 69,28 А! - 30,30 Сі - 74,82 А! - 22,05 А!, Сі, Сі9А! 4, СІА! 2

    5 0 Сі - 67,45 А! - 28,60 Сі - 73,49 А! - 23,77 Сі - 65,28 А! - 32,34 А!, Сі, Сі9А! 4, СІА! 2

    РФА дает інтегральну картину бланках при глібіні зондіруемой кулі кілька мм, тоді як методом РФЕС аналізується поверхнево и приповерхневих шари Глибина в кілька десятків А. Результати РФА в залежності від вихідних параметрів ЕВП - отношения ЕНЕРГІЇ е, введеної в провідник до Вибух, до ЕНЕРГІЇ сублімації матеріалу провідника ес (е / ес), отношения ЕНЕРГІЇ дугового стадії од до ЕНЕРГІЇ сублімації матеріалу провідника ес (од / ес) и відстані между алюмінієвім и міднім провіднікамі наведені в табл. 2. З Даних табл. 2 видно, что ІМС утворюються при введеної ЕНЕРГІЇ як Менш ЕНЕРГІЇ сублімації підріваються провідників (зразок 1, табл. 2), так и більш ЕНЕРГІЇ сублімації (зразки 3-5, табл. 2). Збільшення е / ес (від 1,0 до 1,5) при одночасному збільшенні од / ес (від 1,2 до 6,0) виробляти до Збільшення відносного Вихід Сі9А14 при незмінному віході СіА12 (зразки 1 і 4, табл. 2) . Збільшення відстані между провіднікамі з 0 до 5 мм при введеної ЕНЕРГІЇ, рівній (1,4 ... 1,5) ес, и при од / ес = 6,0 ... 6,1 веде до Зменшення Вихід Сі9А14 и до Збільшення Вихід СіА12 (зразки 3 і 4, табл. 2), а при відстані 100 мм ІМС в зразки НЕ віявлені (зразок 2, табл. 2). При введеної ЕНЕРГІЇ 1,5ес Збільшення од / ес спріяє Зменшення Вихід СіА12 (зразки 4 й 5, табл. 2).

    Таблиця 2. Склад продуктів, отриманий при ЕВП в системе Сі-Л!

    № бланках Відстань между Сі и Л! провіднікамі, мм e / ЄС од / ес р сивности 100% -них ссов на рентгенівськіх ерактограммах,%

    Al Cu CU9AI4 CuAI2

    1 0 1,0 1,2 31,8 42,0 100,0 23,9

    2 100 1,4 6,0 31,0 100,0 - -

    3 5 1,4 6,1 73,2 100,0 93,6 26,4

    4 0 1,5 6,0 39,0 30,7 100,0 16,6

    5 0 1,5 2,1 46,9 40,1 100,0 44,2

    2. Система БЬ-Л1. Залізо и алюміній утворюють інтерметалліді: FeA13, Fe2Al7, Fe2A15, FeAl2, FeAl, РезА1. У табл. 3 наведені умови Вибух, результати рентгенівської фотоелектронної спектроскопії та мікроструктурні характеристики отриманий нанопорошків. Согласно РФА фазовий склад продуктів ЕВП залізних и алюмінієвих провідників Досить складаний и змінюється при окісленні в повітрі, что ускладнює віднесення рефлексів на Рентгенограма до конкретних фаз. Ймовірно, в продуктах ЕВП Присутні кілька интерметаллидов: FeA1, FeA13, Fe2Al5, Які в повітрі окіслюються Вже при кімнатній температурі. Согласно з данімі Електронної мікроскопії частинки зразків ма ють сферична форму, сильно агломерованіх.

    Таблиця 3. Результати микроанализа и мікроструктурні характеристики порошків, отриманий при ЕВП в системе Fe-Л!

    № бланках Співвідношення Al / Fe в провідніках, ат. % Е / ес е / ес Склад поверхні частінок, ат. % Розмір часток, мкм

    Загальний аналіз порошку Мікрон Частка Субмі- крон Частка

    1 86/14 2,0 ​​0,2 Л! - 49,7 Ре - 40,3 W - 5,9 Сі - 4,0 Л! - 37,6 Ре - 60,5 W - 1,0 Сі - 0,9 Al - 58,2 Fe - 36,0 W - 4,3 Cu - 1,5 0,02 ... 3,0

    2 86/14 0,7 1,3 Л! - 53,5 Ре - 40,5 W - 3,1 Сі - 2,9 Л! - 80,8 Ре - 18,1 W - 0,2 Сі - 0,9 Al - 62,9 Fe - 33,9 W - 1,6 Cu - 1,6 0,02 ... 6,0

    3 12/88 1,2 0,7 Л! - 2,8 Ре - 94,4 W - 1,2 Сі - 1,1 Мп - 0,4 Л! - 4,7 Ре - 94,7 W - 0,2 Сі - 0,4 Мп<0,1 Al - 2,6 Fe - 95,9 W - 0,4 Cu - 1,1 Mn - 0,1 0,02 ... 5,0

    4 24/76 1,2 0,5 Л! - 3,6 Ре - 94,9 Сі - 1,3 Мп - 0,2 Л! - 3,5 Ре - 95,2 Сі - 1,1 Мп - 0,3 Al - 5,4 Fe - 93,1 Cu - 1,3 Mn - 0,2 0,02 ... 4,0

    5 24/76 1,5 2,0 Л! - 4,4 Ре - 89.9 Сі - 5,74 Л! - 3,9 Ре - 93,5 Сі - 2,5 Мп - 0,4 Al - 8,3 Fe - 59,7 Cu - 1,6 Mn - 0,4 0,02 ... 4,0

    3. Система Сі-№. РФА продуктів ЕВП зі сталева Сі-М з різнім вмістом компонентів показавши, что частинки містять одну фазу - інтер-Металлиди складу Сі3,8М. За данімі РФЕС співвідношення Сі: М в поверхнево и приповерхневих кулях часток змінюється, причому для частінок, отриманий з провідників зі сталева Сі-М (6%) и Сі-М (12%) вміст нікелю збільшілася, а для сталева Сі-М ( 23%) и Сі-№ (45%) співвідношення Сі: М зменшіть (рис. 2). При співвідношенні Сі: М ~ 4: 1, як в інтерметалідах, склад поверхні буде ВІДПОВІДАТИ данім РФА нанопорошків и співвідношенню Сі: М в віхідному провідніку. При утворенні интерметаллида и при збагаченні (+ Д [М]) або збіднення (-Д [М]) Поверхнево шарів нікелем надлішкові кількості МІДІ, ймовірно, знаходяться в центрі часток, и рентгенівське випромінювання после діфракції, по крайней мере, поглінається зовнішнім шаром интерметаллида.

    [N1] в початкових провідніку, травні. %

    Мал. 2. Зміна змісту нікелю в поверхнево и приповерхневих кулях наночастінок від его змісту в початкових провідніках

    Висновки

    1. При спільному електрична Вибух провідників з різніх матеріалів або во время Вибух провідників зі сталева утворюються Інтерметал-Ліди Певного складу. Отрімані порошки полідісперсні, містять фракцію наночастінок. Ранее невідоміх інтерметалідів для систем Сі ^, Fe-A1 и Сі-М не виявлено.

    2. встановлен, что Найбільший вихід интерме-таллідов спостерігається при максимальному перемішуванні компонентів - ПЕРВИННА продуктів електричного Вибух, Пожалуйста забезпечується при тісному контакті підріваються провідників. Тому доцільно для Отримання с помощью електричного Вибух нанопорошків интерметаллидов використовуват біметалічні провідники або сплави.

    3. Для Вивчення пар металів Збільшення введеної в провідник ЕНЕРГІЇ и ЕНЕРГІЇ дугового стадії розряду виробляти до зростання Вихід интерметаллидов.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Ітін В.І., Найбороденко Ю.С. Високотемпературна синтез інтерметалічніх Сполука. - Томського: НДІ ПММ, 1989. - 214 с.

    2. Ramakrishan K.N. Investigation of the effect of powder particles size distribution on the powder microstructure and mechanical properties of consolidated material made from a rapidly solidified Al-Fe-Cu alloy // Material characterization. - 1994. - V. 33. - № 2. - P. 129-134.

    3. Бурцев В.А., Калінін Н.В., Лучинська А.В. Електричний вибух провідників и его! Застосування в електрофізичних установках. - М.: Вища школа, 1990. - 288 с.

    4. Ляшко А.П., Савельєв Г.Г., Тихонов Д.В. Морфологія, фазовий склад и окислення порошків, отриманий електричний вибух латуні зволікань // Фізика и хімія ОБРОБКИ матеріалів. - 1992. - № 6. - С. 127-130.

    5. Котов Ю.А., Яворівський Н.А. Дослідження частінок, что утворюються при електричних Вибух провідників // Фізика и хімія ОБРОБКИ матеріалів. - 1978. - № 4. - С. 24-29.

    6. Kwon Y.S., Ilyin A.P., Tikhonov D.V., Nazarenko O.B., Yablunov-skii G.V Current status and future development of the electroexplosivs technology // KORUS'2003: Proc. of the 7th Korea-Russia Intern. Symp. on Science and Technology. - Ulsan, 2003. - V. 1. - P. 175-178.

    7. Ільїн А.П., Назаренко О.Б., Скоропад Л.В. Аналіз способів Підвищення дісперсності електропідрівніх нанопорошків // Фізико-технічні проблеми атомної енергетики та промісловості (Виробництво, наука, освіта): Тез. доп. Між-дунар. науково-практ. конф. - Томського: Вид-во ТПУ, 2004. - С. 102.

    8. Волков В.М., Шайкевич І.А. Вивчення конфігураційніх кінцевіх ефектів при електричних Вибух провідників // Известия вузів. Фізика. - 1975. - № 7. - С. 138-139.

    УДК 621.762

    Електророзряднімі спікання ЖЕЛЕЗО-титанових антіфрікційні СПЛАВА

    С.В. Матренин, А.І. Слосман, Ю.В. Мячин

    Томського політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Показана можлівість Отримання антіфрікційного залізо-титанового сплаву Шляхом спікання відповідніх порошків в плазмі тліючого розряду. Досліджено закономірності ущільнення матеріалу при спіканні и фізико-механічні Властивості спечених зразків в залежності від способу введення в шихту титану и умів спікання. Виявлено Значне Зміцнення поверхнево кулі зразків, спечених в аміачної плазмі тліючого розряду. Встановлен оптимальний режим спікання залізо-титанового сплаву.

    Порошкові антіфрікційні матеріали прізначені для виробництва виробів з низьких Втрата на тертого, у якіх коефіцієнт тертим зазвічай <0,3. Такі матеріали Працюють, в основному, при обмеженій мастілі, швидкости ковзання <6 м / с и лещатах <25 МПа. При ВИРОБНИЦТВІ антіфрікційніх матеріалів Їм надається властівість самосмазіваемості Шляхом просоченням пір маслами. Їх структура винна ВІДПОВІДАТИ правилом Шарпі, тобто являти собою поєднання твердих и м'якше структурних складових, причому м'якої складової в таких антіфрікційніх Матеріалах є пори, заповнені маслом, что володіють Нульовий твердістю. Такі матеріали ма ють гарну прірабатіваемость и Прийнятні трибологические характеристики.

    Однією з найважлівішіх Завдання в технології антіфрікційніх матеріалів є Підвищення їх фізико-механічніх властівостей, особливо зносостійкості [1]. Для регулювання властівостей антіфрікційного матеріалу в шихту часто які вводять Різні добавки, что виробляти до гетерогеніза-ції Структури [2]. Так, введення включень твердої фази в пластичну металеву матрицю дозволяє добиться оптимального розподілу напруженного, коли НАВАНТАЖЕННЯ передається на тверді СКЛАДОВІ структури, что ма ють більш нізькі КОЕФІЦІЄНТИ тертим и не зношують суще-

    ного Шийка вала. При цьом прірабатіваемость забезпечується пластічної матриці.

    У даній работе досліджувалася можлівість! Застосування спікання железотітановіх антіфрікційніх сталева в плазмі тліючого розряду. При цьом відбувається суттєва активація процесса спікання [3] и Зміцнення поверхнево кулі за рахунок Утворення в ньом нітрідів.

    Інтенсивний нагрів прессовок, что Забезпечує їх спікання, можливий в області аномального тліючого розряду на ділянці зростаючої воль-тамперної характеристики. Для забезпечення стійкості тліючого розряду и Запобігання переходу его в дугового в електричних схему вводитися регульованості баластні Опір. Нагрів до необхідної температури, ізотермічна Витримка и охолодження досягаються регулюванням різно -сті потенціалів между катодом и анодом, а такоже зміною тиску газу Всередині камери. При цьом змінюється іонній струм. Если газ містіть азот, то процес нагрівання матеріалу в тліючому розряді может супроводжуватіся азотуванням, что виробляти до Підвищення твердості, зносостійкості и втомної міцності поверхнево кулі.

    Дослідження проводили на антіфрікційні матеріали, что містіть 95 мас. % Fe й 5 мас. % Т Залізний порошок Досить широко вікорістовує-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити