Obrabotka Metallov. 2016 no. 1(70)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (70) 2016 43 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ При механической активации смеси порошков двух и более веществ за счет твердофазного пе- ремешивания и аномально высокой диффузии происходит формирование твердых растворов. При высокой растворимости компонентов друг в друге формируется вещество, состоящее из од- ной фазы – твердого раствора компонентов друг в друге. В результате из перемешиваемых ве- ществ образуется сплав, созданный так называе- мым «сухим» технологическим процессом [1, 2]. В последнее время получаемые механиче- ской активацией порошки используют в ад- дитивной технологии селективного лазерного спекания (СЛС) для получения деталей из мно- гокомпонентных сплавов [3–6]. При спекании порошков чистых компонентов сверхвысокие скорости протекания процесса плавления и ох- лаждения вещества затрудняют взаимную диф- фузии компонентов сплава друг в друга, если они представляют собой отдельные объекты [7]. Предварительная механическая активация сме- си порошков решает эту проблему. В работе представлены результаты исследо- вания строения и фазового состава сплава двух- компонентной системы титан-ниобий, состава Ti – 40 мас. % Nb, полученного механической активацией из порошков чистых компонентов с учетом параметров обработки. Материал и методика исследования Оборудование для эксперимента было пре- доставлено Проблемной научно-исследователь- ской лабораторией СВС им. В.В. Евстигнеева Алтайского государственного технического уни- верситета. Механическая активация осущест- влялась в планетарной мельнице типа АГО-2С, успешно используемой для механохимической активации и синтеза неорганических материа- лов [8, 9]. Принцип действия планетарной мель- ницы заключается в использовании двух бараба- нов объемом 135 мл, которые вращаются вокруг центральной оси и одновременно вокруг соб- ственной оси в противоположном направлении. В барабаны загружают металлический порошок и мелющие тела-шары диаметром 6…10 мм из стали ШХ15. Частицы порошка претерпевают множество соударений с мелющими шарами и стенками барабана. Это обеспечивает высокую кинетическую энергию мелющих тел. Из-за большой скорости их движения создаются вы- сокие напряжения в активируемом веществе и разогрев перемешиваемого материала. Для сни- жения температуры применяют водоохлаждае- мую камеру. В эксперименте использовались порошки технически чистого титана марки ПТМ и ниобия марки НПБ-а. Порошки смешивались в массо- вом соотношении 60 % Ti и 40% Nb порциями по 10 г. В смесь порошков добавлялся так называ- емый агент, контролирующий процесс (АКП). Агент был выбран из группы спиртов, так как использование органических соединений в роли АКП показало хорошие результаты в работах других исследователей [10, 11]. Время обработ- ки порошка составляло 10, 15, и 20 мин. Для оценки морфологии, структуры, элемент- ного и фазового анализа полученных порошков в ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН проводилась растровая электронная микроскопия (РЭМ) и энергодисперсионный микроанализ (ЭДМА) на микроскопе LEO EVO 50 (Zeiss, Германия) и рентгеноструктурный анализ (РСА) – на рентге- новском дифрактометре ДРОН-7 (Буревестник, Россия) в монохроматическм CoK α -излучении по схеме Брегга-Брентано. Проводились иссле- дования свободно насыпанных порошков и на шлифах порошков, залитых в эпоксидную смо- лу. Поверхность шлифа травилась раствором 10 об. % HCl + 80 об. % H 2 SO 4 + 10 об. % H 2 O, затем на нее напылялось проводящее покрытие из серебра. Результаты эксперимента Как показали результаты РЭМ, частицы ис- ходных порошков Ti и Nb имеют осколочную форму (рис. 1, а , б ). Такая форма частиц харак- терна для металлов, получаемых электролитиче- ским рафинированием. Порошок изготавливают путем измельчения осадка [12, 13]. Частицы Nb были мельче частиц Ti. Основ- ной объем порошка Ti составляли частицы раз- мером от 5 до 20 мкм, Nb – от 2 до 8 мкм (рис. 2). Как показал РСА, порошок Ti состоял из α-фазы – низкотемпературной модификации с ГПУ кристаллической решеткой [14]. Порошок ниобия состоял из β-фазы с ОЦК кристалличе- ской решеткой, характерной для равновесного состояния технически чистого Nb [14].