Synthesis of Ti – Fe intermetallic compounds from elemental powders mixtures

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 127 MATERIAL SCIENCE Рис. 1. Равновесная диаграмма железо – титан Fig. 1. Phase diagram of the Fe-Ti system известно как перспективный материал – аккумулятор водорода. По водородной емкости, способности переходить в активное в отношении сорбции водорода состояние, кинетическим характеристикам сорбции – десорбции и циклической стабильности он уступает наиболее перспективным магниевым сплавам и сплавам редкоземельных металлов [1]. Однако благодаря невысокой стоимости сырья продолжаются попытки получить материал с улучшенными сорбционными характеристиками. При этом в качестве сырья используют порошки железа и титана, а в качестве способа получения материала – механическую активацию (МА) синтеза в процессе длительной обработки порошковой смеси в планетарных мельницах. Интенсивные исследования поведения порошковых смесей железо – титан при механоактивации проводятся с начала 2000-х годов. Было обнаружено [2], что при длительной (до 92 часов) обработке смесей в магнитной вибромельнице SpexMixer/MillModel 8000 происходит полная аморфизация титана и железа. Образования интерметаллических соединений при этом не наблюдалось. Обширные исследования сорбционных свойств материалов, полученных механоактивацией порошковых смесей железа и титана, выполнены А.В. Задорожным с сотрудниками [3–8]. Для механоактивации использовали планетарную мельницу АГО-2S, обработку вели в среде аргона при скорости вращения 840 об/мин. Фазовый состав продуктов механосинтеза зависел от дисперсности порошков титана и железа. При использовании крупных порошков (280 и 450 мкм) и времени обработки 120 минут образования интерметаллидов не наблюдалось [3]. При использовании мелкого (5–10 мкм) порошка титана продукт обработки эквиатомной смеси в течение 30 минут при той же интенсивности (840 об/мин) состоял из однофазного FeTi [8]. Такой результат не согласуется с результатами работы [2], в которой интерметаллид не образовывался даже после 92-часовой обработки в мельнице SpexMixer/ Millmod 8000. Авторы [8] объясняют причину такого несоответствия малой интенсивностью МА в мельнице, использованной в [2]. Образцы из спрессованного однофазного порошка FeTi с нанокристаллической структурой в процессе термоциклирования в среде водорода сохраняют форму и не разрушаются благодаря образованию мостиков, скрепляющих смежные частицы [4, 7]. С целью улучшения сорбционных свойств FeTi, полученного интенсивной МА, в смесь титана и железа вводили различные порошковые добавки: 20 ат. % Al или 6 ат. % Cr [6]; 1 ат. % S или 2 ат. % Mg [5]. Показано, что эти добавки улучшают сорбционные характеристики: упрощение процедуры активации поглощения водорода, уменьшение давления участка плато. Как следует из краткого обзора [9], сплавы для хранения водорода на основе магния и редкоземельных металлов, так же как FeTi, имеют улучшенные сорбционные характеристики в нанокристаллическом состоянии. Наряду с механоактивацией для получения нанокристаллических интерметаллидов системы железо – титан предпринимаются попытки использовать другие способы, в частности интенсивную пластическую деформацию порошковых смесей в наковальне Бриджмена [10]. Для создания нанокристаллической структуры представляется перспективным интенсивный помол порошка соединения FeTi, предварительно полученного литьем или по порошковым технологиям. Наиболее технологически простым способом получения интерметаллидов является синтез в порошковых смесях железо – титан составов, соответствующих двойным интерметаллидам [11, 12]. Этот синтез может реализоваться либо непосредственно в процессе механоактивации [12], либо при последующей инициации реакции в механоактивированных смесях [13, 14]. В работе [15] соединения FeTi и Fe2Ti были полу-

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1