СВС-СИНТЕЗ КАРБИДА ТИТАНА В РАСПЛАВЕ АЛЮМИНИЯ

Создание новых материалов с заранее заданными свойствами - это основа развития науки и техники. Современная промышленность запрашивает новые материалы с такими свойствами, которые недостижимы в обычных металлах, сплавах, полимерах и т. п.

Алюмоматричные композиционные материалы, дискретно упрочненные тугоплавкими керамическими частицами, представляют собой уникальные материалы с повышенными характеристиками удельной прочности, высокой демпфирующей способностью, износостойкостью и т.д. Для увеличения прочностных свойств при высоких температурах необходимо увеличивать равномерность распределения армирующих частиц по объему сплава и степень смачиваемости алюминием [1].

Существенное влияние на механических свойства композитов оказывают также способы их получения. В традиционных технологиях, применяемых при температурах расплава алюминия до 900…950°С, краевой угол смачивания чрезвычайно велик, карбиды не смачиваются алюминием, соответственно получение качественных композиционных сплавов в этих случаях крайне затруднительно. Из методов in-situ наиболее перспективной является технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) керамических соединений [2]. Вместе с тем реализация метода СВС (рис.1), основанного на проведении экзотермической реакции синтеза частиц карбида титана непосредственно в расплаве, приводит к значительному росту адиабатической температуры расплава - до значений выше 1000°С, при которых краевой угол смачивания резко уменьшается до нуля и, как следствие, обеспечивается плотный контакт и хорошая связь (адгезия) между фазами композиционного сплава [3].

Рисунок 1. Схема получения порошков СВС-продуктов

Основная величина для определения адиабатической температуры – это равенство энтальпий шихты при начальной температуре (Т₀) и конечных продуктов реакции при адиабатической температуре (Т_aд). При его соблюдении все тепло реакции идет на нагрев продуктов горения [4]:

Σ [H (Т_aд-HT₀)]i = ∆Н =Q,                                                                 (1)

где Т_aд - адиабатическая температура горения; Т₀ - начальная температура; Q - тепловой эффект реакции. Знак Σ показывает, что суммирование ведется по всем продуктам реакции.

Список литературы:

1. А.Р. Луц, А.П. Амосов, А.А. Ермошкин, К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез высокодисперсной фазы карбида титана из смесей порошков в расплаве алюминия // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. №3. 28-35
2. А. Р. Луц, А. Д. Рыбаков. О возможности применения различных углеродных форм для синтеза карбида титана методом СВС в расплаве алюминия // Современные материалы, техника и технологии. 2019. №5 (26).
3. А.Р. Луц, Е.А. Амосов, А.Д. Рыбаков. Влияние температуры расплава алюминия на формирование дисперсных частиц карбида титана в ходе реализации процесса cвc// Вестник Брянского государственного технического университета. 2018. № 4 (65)
4. Song, X. Correlation of thermodynamics and grain growth kinetics in nanocrystalline metals / X. Song, J. Zhang, L. Li, K. Yang, G. Liu // Acta Mater. - 2006. - Vol. 54. - № 20. - P. 5541-5550.