ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Интерметаллические соединения Fe2Ti и FeTi находят практическое применение в качестве аккумуляторов водорода (FeTi) или в качестве магнитных материалов (Fe2Ti). Из-за особенностей двойной равновесной диаграммы получение этих интерметаллидов литьем затруднено, поэтому широко используются методы порошковой металлургии в сочетании с предварительной механоактивацией порошковых смесей. Цель работы: исследовать возможность получения однофазных соединений из порошковых смесей титана и железа целевых составов. Методы исследования. Механоактивированные порошковые смеси, продукты горения и последующего отжига исследовали методами рентгенофазового анализа, оптической металлографии и растровой электронной микроскопии с определением элементного состава методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Методика исследования. Порошковые смеси в течение 20 минут подвергали механоактивации в планетарной мельнице Activator 2S при интенсивности 40g и соотношении шары/смесь, равном 20. Механоактивированные смеси нагревали в герметичном реакторе в среде аргона со средней скоростью 85 град/мин. Результаты и обсуждение. При температуре около 500 °С на термограммах с термопар, помещенных в механоактивированную смесь, появлялся резкий подъем (тепловой взрыв), свидетельствующий об экзотермической реакции в смеси. Величина подъема для состава 2Fe+Ti оказалась значительно больше, чем для состава Fe+Ti. Рентгеноструктурный анализ показал, что основным продуктом реакции для обеих смесей является соединение Fe2Ti. Преимущественное образование Fe2Ti, так же как бóльший тепловой эффект в смеси состава 2Fe+Ti, объясняется бóльшей отрицательной энтальпией образования Fe2Ti по сравнению с FeTi (–87,45 и –40,58 ккал/моль соответственно). Выводы. Высокотемпературные гомогенизирующие отжиги продуктов теплового взрыва с целью получения однофазных целевых продуктов не дали положительного результата. Содержание побочных фаз и непрореагировавших реагентов мало изменилось после отжигов. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что термодинамический фактор (энтальпия образования интерметаллида) является основным фактором, определяющим фазовый состав продуктов синтеза в порошковых смесях титана и железа.
Прибытков Геннадий Андреевич
Барановский Антон Валерьевич
Коржова Виктория Викторовна
Фирсина Ирина Александровна
Кривопалов Владимир Петрович
1. Sandrock G. A panoramic overview of hydrogen storage alloys from a gas reaction point of view // Journal of Alloys and Compounds. – 1999. – Vol. 293–295. – P. 877–888. – DOI: 10.1016/S0925-8388(99)00384-9.
2. Delogu F., Cocco G. Compositional effects on the mechanochemical synthesis of Fe–Ti and Cu–Ti amorphous alloys by mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. – 2003. – Vol. 352, iss. 1. – P. 92–98. – DOI: 10.1016/S0925-8388(02)01109-X.
3. Zadorozhnyi V.Yu., Skakov Yu.A., Milovzorov G.S. Appearance of metastable states in Fe–Ti and Ni–Ti systems in the process of mechanochemical synthesis // Metal Science and Heat Treatment. – 2008. – Vol. 50, iss. 7. – Р. 404–410. – DOI: 10.1007/s11041-008-9078-4.
4. Hydrogen storage nanocrystalline TiFe intermetallic compound: synthesis by mechanical alloying and compacting / V. Zadorozhnyy, S. Klyamkin, M. Zadorozhnyy, O. Bermesheva, S. Kaloshkin // International Journal of Hydrogen Energy. – 2012. – Vol. 37, iss. 22. – P. 17131–17136. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.078.
5. Mechanical alloying of nanocrystalline intermetallic compound TiFe doped with sulfur and magnesium / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, M.V. Gorshenkov, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 615. – P. S569–S572. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.12.144.
6. Mechanical alloying of nanocrystalline intermetallic compound TiFe doped by aluminum and chromium / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, O.V. Bermesheva, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 586. – P. S56–S60. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.138.
7. Effect of mechanical activation on compactibility of metal hydride materials / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, D.V. Strugova, G.S. Milovzorov, D.V. Louzguine-Luzgin, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 707. – P. 214–219. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.11.320.
8. Preparation and hydrogen storage properties of nanocrystalline TiFe synthesized by mechanical alloying / V.Yu. Zadorozhnyy, G.S. Milovzorov, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, D.V. Strugova, M.V. Gorshenkov, S.D. Kaloshkin // Progress in Natural Science: Materials International. – 2017. – Vol. 27, iss. 1. – P. 149–155. – DOI: 10.1016/j.pnsc.2016.12.008.
9. Zaluski L., Zaluska A., Ström-Olsen J.O. Nanocrystalline metal hydrides // Journal of Alloys and Compounds. – 1997. – Vol. 253–254. – P. 70–79. – DOI: 10.1016/S0925-8388(96)02985-4.
10. Dobromyslova A.V., Taluts N.I. Mechanical alloying of Ti–Fe alloys using severe plastic deformation by high-pressure torsion // Physics of Metals and Metallography. – 2018. – Vol. 119, N 11. – P. 1127–1132. – DOI: 10.1134/S0031918X18110030.
11. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. – М.: Физматлит, 2013. – 399 с. – ISBN 978-5-9221-1441-7.
12. Григорьева Т.Ф., Баринов А.П., Ляхов Н.З. Механохимический синтез интерметаллических соединений // Успехи химии. – 2001. – Т. 70 (1). – С. 52–71.
13. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. – Новосибирск: Наука, 1986. – 303 с.
14. Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. – Новосибирск: Параллель, 2008. – 168 с.
15. Прибытков Г.А., Семенова А.А., Итин В.И. Синтез в режиме горения интерметаллидов системы железо – титан // Физика горения и взрыва. – 1984. – № 5. – С. 21–23.
16. Влияние механической активации на высокотемпературный синтез и фазообразование низкокалорийных интерметаллических соединений / Ю.С. Найбороденко, Н.Г. Касацкий, Е.Г. Сергеева, О.К. Лепакова // Химия в интересах устойчивого развития. – 2002. – Т. 10. – С. 199–204.
17. Morphological characteristics of mechanochemically synthesized Fe/Ti composites / T.F. Grigor’eva, S.A. Kovaleva, T.Yu. Kiseleva, S.V. Vosmerikov, E.T. Devyatkina, E.A. Pastukhov, N.Z. Lyakhov // Russian Metallurgy (Metally). – 2016. – Vol. 2016, N 8. – P. 737–741. – DOI: 10.1134/S0036029516080048.
18. Saito T. Magnetic properties of Ti–Fe alloy powders prepared by mechanical grinding // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – Vol. 364, iss. 1. – P. 113–116. – DOI: 10.1016/S0925-8388(03)00532-2.
19. Bukrina N.V., Baranovskiy A.V. Synthesis of composites made of powder mixtures (Ti, C, and Al) in controlled heating // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2019. – Vol. 60, iss. 4. – P. 732–739. – DOI: 10.1134/S0021894419040187.
20. Bartin I., Knacke O., Kubaschevski O. Thermochemical properties of inorganic substances. Supplement. – Berlin: Springer-Verlag, 1977. – 861 p. – DOI: 10.1007/978-3-662-02293-1.
Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-29-00106): «In situ синтез металломатричных композитов с субмикронной карбидной упрочняющей фазой».
Благодарности
Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034).
Синтез интерметаллидов системы Ti–Fe из смесей элементарных порошков / Г.А. Прибытков, А.В. Барановский, В.В. Коржова, И.А. Фирсина, В.П. Кривопалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 3. – С. 126–136. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-126-136.
Pribytkov G.A., Baranovskiy A.V., Korzhova V.V., Firsina I.A., Krivopalov V.P. Synthesis of Ti–Fe intermetallic compounds from elemental powders mixtures. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 3, pp. 126–136. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-126-136. (In Russian).
