Особенности кинетики и механизма гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Работа демонстрирует результаты исследования кинетики гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta и влияние на нее различных технологических параметров. Обнаружена аномальная кинетика образования Cr2Ta, при которой наблюдается взрывной характер прироста фазы при достижении определенной температуры синтеза. Определена кажущаяся энергия активации гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta, равная ~291 кДж/моль, которая близка энергии активации гетеродиффузии различных фаз Лавеса (Cr2Ti, Cr2Nb, Co2Nb, Fe2Ti). На основе полученных результатов предложен механизм гидридно-кальциевого синтеза Cr2Ta. Показана перспективность гидридно-кальциевого синтеза для получения тугоплавких интерметаллидов. Дальнейшие работы в данном направлении позволят получать порошок высокого качества, а также компактные изделия из него.

Об авторах

А. М. Гурьянов

Тульский государственный университет; ООО “Метсинтез”

Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 300012, Тула, пр. Ленина, 92; Россия, 300034, Тула, Красноармейский пр., 25

С. Н. Юдин

Тульский государственный университет; ООО “Метсинтез”

Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 300012, Тула, пр. Ленина, 92; Россия, 300034, Тула, Красноармейский пр., 25

А. В. Касимцев

Тульский государственный университет; ООО “Метсинтез”

Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 300012, Тула, пр. Ленина, 92; Россия, 300034, Тула, Красноармейский пр., 25

С. С. Володько

Тульский государственный университет; ООО “Метсинтез”

Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 300012, Тула, пр. Ленина, 92; Россия, 300034, Тула, Красноармейский пр., 25

И. А. Алимов

Тульский государственный университет; ООО “Метсинтез”

Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 300012, Тула, пр. Ленина, 92; Россия, 300034, Тула, Красноармейский пр., 25

Е. В. Евстратов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: alex19021861@gmail.com
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49

Список литературы

  1. Bei H., Pharr G.M., George E.P. A Review of Directionally Solidified Intermetallic Composites for High-Temperature Structural Applications // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 3975–3984. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000031479.32138.84
  2. Anton D.L., Shah D.M., Duhl D.N., Giamei A.F. Selecting High-Temperature Structural Intermetallic Compounds: The Engineering Approach // JOM. 1989. № 9. P. 12–16. https://doi.org/10.1007/BF03220324
  3. Duquette D.J., Stoloff N.S. Aerospace Applications of Intermetallics // Key Eng. Mater. 1992. V. 77–78. P. 289–304.https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.77-78.289
  4. Liu C.T. Recent Advances in Ordered Intermetallics // Mater. Chem. Phys. 1995. V. 42. № 2. P. 77–86.
  5. Meier G.H., Pettit F.S. High Temperature Oxidation and Corrosion of Intermetallic Compounds // Mater. Sci. Technol.1992. V. 8. № 4. P. 331–338.https://doi.org/10.1179/mst.1992.8.4.331
  6. Intermetallic Compounds. Structural Applications of Intermetallic Compounds / Eds. Westbrook J.H., Fleischer R.L. N. Y.: Wiley, 2000. V. 3. 346 p.
  7. Brady M.P., Tortorelli P.F., Walker L.R. Correlation of Alloy Microstructure with Oxidation Behavior in Chromia-Forming Intermetallic-Reinforced Cr Alloys // Mater. High Temp. 2000. V. 17. № 2. P. 235–241.https://doi.org/10.1179/mht.2000.17.2.009
  8. Brady M.P., Zhu J.H., Liu C.T., Tortorelli P.F., Walker L.R. Oxidation Resistance and Mechanical Properties of Laves Phase Reinforced Cr in-situ Composites // Intermetallics. 2000. V. 8. P. 1111–1118.https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00046-7
  9. Юдин С.Н., Касимцев А.В., Володько С.С., Гурьянов А.М. Металлотермический синтез фазы Лавеса TaCr2 из оксидного сырья // Цв. металлы. 2020. № 11. С. 48–53.https://doi.org/10.17580/tsm.2020.11.07
  10. Venkatraman M., Neumann J.P. The Cr–Ta (Chromium-Tantalum) System // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1987. V. 8. № 2. P. 112–116.https://doi.org/10.1007/BF02873190
  11. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray Analysis of Polycrystals // Met. Sci. Heat Treat. 2000. V. 42. № 8. P. 309–313.https://doi.org/10.1007/BF02471306
  12. Rietveld H.M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J. Appl. Crystallogr. 1969. V. 2. № 2. P. 65–71.https://doi.org/10.1107/S0021889869006558
  13. Касимцев А.В., Жигунов В.В. Фазовые и структурные превращения при получении порошков интерметаллидов // ПМиФП. 2009. № 3. С. 5–12.
  14. Naoi D., Kajihara M. Growth Behavior of Fe2Al5 during Reactive Diffusion between Fe and Al at Solid-State Temperatures // Mater. Sci. Eng., A. 2007. V. 459. № 1–2. P. 375–382.https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.01.099
  15. Horiuchi S., Blanchard R. Boron Diffusion in Polycrystalline Silicon Layers // Solid-State Electron. 1975. V. 18. № 6. P. 529–532. https://doi.org/10.1016/0038-1101(75)90029-5
  16. Liu J.C., Mayer J.W., Barbour J.C. Kinetics of NiAl3 and Ni2Al3 Phase Growth on Lateral Diffusion Couples // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. № 2. P. 656–662. https://doi.org/10.1063/1.341957
  17. Меерсон Г.А., Колчин О.П. О механизме восстановления окислов циркония и титана гидридом кальция // Атомная энергия. 1957. Т. 2. Вып. 3. С. 253–259.
  18. Касимцев А.В., Левинский Ю.В. Гидридно-кальциевые порошки металлов, интерметаллидов, тугоплавких соединений и композиционных материалов. М.: Издательство МИТХТ, 2012. 247 с.
  19. Dupin N., Ansara L. Thermodynamic Assessment of the Cr–Ta System // J. Phase Equilib. 1993. V. 14. № 4. P. 451–456.https://doi.org/10.1007/BF02671963
  20. Dean J.A. Lange’s Handbook of Chemistry. Fifteenth edition. N. Y.: McGraw-Hill, 1999. 1424 p.
  21. Rogachev A.S., Gryadunov A.N., Kochetov N.A., Schukin A.S., Baras F., Politano O. High-Entropy-Alloy Binder for TiC-Based Cemented Carbide by SHS Method // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. V. 28. № 3. P. 196–198.https://doi.org/10.3103/S1061386219030117
  22. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kochetov N.A., Kovalev D.Y., Kovalev I.D., Shchukin A.S., Gryadunov A.N., Baras F., Politano O. Combustion Synthesis of TiC-based Ceramic-Metal Composites with High Entropy Alloy Binder // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 7. P. 2527–2532.https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.059
  23. Vignoul G.E., Tien J.K., Sanchez J.M. Characterization of the Deformation Behavior of the Cr2Nb Ordered Intermetallic System // Mater. Sci. Eng., A. 1993. V. 170. № 1–2. P. 177–183.
  24. Baumann W., Leineweber A., Mittemeijer E.J. The Kinetics of a Polytypic Laves Phase Transformation in TiCr2 // Intermetallics. 2011. V. 19. № 4. P. 526–535.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.11.027
  25. Baheti V.A., Roy S., Ravi R., Paul A. Interdiffusion and the Phase Boundary Compositions in the Co–Ta System // Intermetallics. 2013. V. 33. P. 87–91.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.09.020
  26. Denkinger M., Mehrer H. Diffusion in the C15-Type Intermetallic Laves Phase NbCo2 // Philos. Mag. A. 2000. V. 80. № 5. P. 1245–1263.https://doi.org/10.1080/01418610008212113
  27. Wein M., Levin L., Nadiv S. The Mechanism of Mixing and Reactive Diffusion in Intermetallics (TiFe2, TiCr2) // Philos. Mag. A. 1978. V. 38. № 1. P. 81–96.https://doi.org/10.1080/01418617808239219
  28. Baba M., Ono Y., Suzuki R.O. Tantalum and Niobium Powder Preparation from Their Oxides by Calciothermic Reduction in the Molten CaCl2 // J. Phys. Chem. Solids. 2005. V. 66. № 2–4. P. 466–470. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.06.042
  29. Suzuki R.O., Ikezawa M., Okabe T.H., Oishi T., Ono K. Preparation of TiAl and Ti3Al Powders by Calciothermic Reduction of Oxides // Mater. Trans., JIM. 1990. V. 31. № 1. P. 61–68.https://doi.org/10.2320/matertrans1989.31.61
  30. Suzuki R.O., Tatemoto K., Kitagawa H. Direct Synthesis of the Hydrogen Storage V–Ti Alloy Powder from the Oxides by Calcium Co-Reduction // J. Alloys Compd. 2004. V. 385. № 1–2. P. 173–180. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.04.137
  31. Okabe T.H., Fujiwara K., Oishi T., Ono K. A Fundamental Study on the Preparation of Niobium Aluminide Powders by Calciothermic Reduction // Metall. Trans. B. 1992. V. 23. № 4. P. 415–421https://doi.org/10.1007/BF02649659
  32. Wu K.H., Wang Y., Chou K.-C., Zhang G.H. Low-Temperature Synthesis of Single-Phase Refractory Metal Compound Carbides // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. V. 98. P. 105567.https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105567
  33. Venkatraman M., Neumann J.P. The Ca-Cr (Calcium-Chromium) System // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1985. V. 6. № 4. P. 335. https://doi.org/10.1007/BF02880513

© А.М. Гурьянов, С.Н. Юдин, А.В. Касимцев, С.С. Володько, И.А. Алимов, Е.В. Евстратов, 2023