Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 36 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ температуре, обладают низким сопротивлением ползучести при высоких температурах, а также плохой обрабатываемостью при использовании технологических процессов резания [3,4]. Стандартные методы получения компактов из мелкозернистых порошков, такие как горячее прессование или горячая экструзия, считаются неэффективными из-за большой длительности процессов [2,5]. Длительное пребывание интер- металлидов в горячем состоянии приводит к ро- сту зерна и, как следствие, к снижению предела текучести материала. В последние годы повышенный интерес про- является к получению интерметаллидов методом искрового плазменного спекания. В зарубежной литературе при его описании чаще всего исполь- зуется термин Spark Plasma Sintering (SPS) [6]. Метод основан на пропускании через образец им- пульсов постоянного тока в течение всего перио- да спекания и приложении одноосного давления. При протекании тока в точках контакта частиц возникают электрические разряды, приводящие к локальному повышению температуры. В резуль- тате этого ускоряются диффузионные процессы и материал плавится. При продолжении процес- са пропускания тока высокотемпературные об- ласти возникают в других точках образца. Если частицы порошка проводят электрический ток, то они нагреваются за счет Джоулева тепла. Непро- водящие частицы получают тепло от нагревае- мых пресс-формы и пуансонов. Использование импульсного тока позволяет снизить продолжи- тельность спекания до нескольких минут. Это- му же способствуют высокие скорости нагрева материала. В условиях кратковременного пре- бывания материала в высокотемпературном со- стоянии процесс укрупнения зеренной структуры в значительной степени развиваться не успевает. Высокая эффективность SPS-метода обусловлена балансом между уплотнением (спеканием) мате- риала и ростом частиц, обусловленным развити- ем рекристаллизационных процессов. Методом SPS получены компакты различных соединений с плотностью 97–99 % от теоретического значения во всем диапазоне концентраций при малых дав- лениях (15...50 МПа) [7–9]. В процессе SPS одним из основных пара- метров, влияющих на структуру и свойства по- лучаемых материалов, является температура спекания. Следует отметить, что фактическая температура образца отличается от температуры графитовой матрицы измеренной термопарой. Это объясняется быстрым нагревом в процессе искрового плазменного спекания порошковой смеси. Авторы работы [10] проводили сравнение с экспериментальными результатами, которые показали, что фактическая температура образца на 120...160 °С выше того значения, которое фик- сирует термопара. Анализ литературных данных свидетельствуют о том, что искровое плазмен- ное спекание является эффективным методом получения различных материалов, в том числе и интерметаллидов, с особыми свойствами. Целью данной работы является обоснование выбора режима спекания порошка ПН85Ю15 для получения высокоплотного материала с улучшенными механическими свойствами. 1. Материалы и методы исследования В качестве исходного материала применяли промышленный порошок ПН85Ю15 со средним размером частиц 80 мкм. Искровое плазмен- ное спекание образцов проводили на установке Labox-1575. Процесс осуществляли следую- щим образом: порошок засыпали в графитовую пресс-форму с внутренним диаметром 30 мм, которую помещали в вакуумную камеру уста- новки. Скорость нагрева и охлаждения состав- ляла 100 °С/мин, давление прессования было равно 40 МПа. Изменяемым параметром явля- лась температура спекания (от 1000 до 1150 °С). По окончании спекания образцы приобретали цилиндрическую форму диаметром 30 мм и вы- сотой 5-6 мм. Плотность компактов рассчитыва- ли, определяя их массу и линейные размеры. Структурные исследования спеченных образ- цов проводили методами оптической и растро- вой электронной микроскопии. Металлографи- ческие исследования выполняли с применением растрового электронного микроскопа типа Carl Zeiss EVO 50 XVP и оптического микроскопа Carl Zeiss Axio Observer Alm с использованием методов светлого и темного поля . Для опреде- ления фазового состава использовали рентге- новский дифрактометр ARL X`TRA. Источником рентгеновского излучения являлась медная труб- ка. Дифракционные картины регистрировали с шагом Δ2θ и временем накопления 10 с на одну точку.