A mathematical model of synthesis of a three-layer (copper–titanium silicide–steel) compound in a combustion mode
This work presents a two-dimensional mathematical model of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of a specimen consisting of three layers (copper foil -5Ti + 3Si compacted mixture - steel substrate). A numerical study of the mathematical model is carried out using the finite-difference method. The limiting frontal SHS modes of a three-layer specimen of rectangular cross-section are determined, taking into account the copper layer melting and the thermocapillary wetting of Ti5Si3 synthesis products by the melt with the formation of a composite material during thermal interaction with the steel substrate. The critical minimum thickness of the main internal synthesis layer allowing one to obtain titanium silicides in the frontal combustion mode is calculated. The maximum temperature in the combustion front near the critical conditions is 1652 K. The depth of capillary wetting of the synthesis products with copper melt is in the range of 2-4 mm.
Keywords
self-propagating high-temperature synthesis,
melting,
thermocapillary flow,
metal composite materialAuthors
| Prokof’ev Vadim G. | Tomsk State University | pvg@ftf.tsu.ru |
Всего: 1
References
Мержанов А.Г., Мукасьян А.С. Твердопламенное горение. М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007.
Саркисян А.Р., Долуханян С.К., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Некоторые законо мерности горения смесей переходных металлов с кремнием и синтез силицидов // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 3. С. 49-55.
Горшков В.А., Милосердое П.А., Юхвид В.И. Закономерности автоволнового синтеза литых двойных силицидов молибдена, вольфрама, ниобия и титана из смесей термитного типа // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50, № 5. С. 32-36.
Прибытков Г.А., Криницын М.Г., Коржова В.В. Синтез и структура СВС композитов Ti5Si3 + Ti связка // Химическая физика и мезоскопия. 2020. Т. 22, № 3. С. 269-280. doi: 10.15350/17270529.2020.3.26.
Васенин И.М., Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю., Лукашов О.Ю., Палеев Д.Ю., Потапов В.П., Рашевский В.В., Артемьев В.Б., Руденко Ю.Ф., Костеренко В.Н., Жарков А.С., Сакович Г.В., Ворожцов А.Б., Бондарчук С.С., Матвиенко О.В., Смоляков В.К., Максимов Ю.М., Прокофьев В.Г. Математическое моделирование горения и взрыва высокоэнергетических систем. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2006. 322 с.
Denisov I., Shakhray D., Malakhov A., Seropyan S.Combustion Synthesis of Metal- Intermetallic-Ceramic Laminate AlMg6-NiAl-TiC Composite // Crystals. 2022. V. 12 (12). Art. 1851. 11 р. doi: 10.3390/cryst12121851.
Chen S., Meng Q., Zhng N., Xue P., Munir Z. In situ synthesis and bonding of Ti TiAl TiC/Ni functionally graded materials by field-activated pressure-assisted synthesis process // Materials Science and Engineering A. 2012. V. 538. P. 103-109. doi: 10.1016/j.msea.2012.01.020.
Kamynina O.K., Vadchenko S.G., Shchukin A.S., Kovalev I.D. Multilayer Coatings on Ti substrate by SHS Method // Int. Journal Self-Propag. High-Temp. Synth. 2016. V. 25, № 4. P. 238-242. doi: 10.3103/S106138621604004X.
Kamynina O.K., Vadchenko S.G., Shchukin A.S. SHS Joining of Ti-C-Si Ceramics with Tan talum // Int. Journal Self-Propag. High-Temp. Synth. 2018. V. 27, № 3. P. 192-194. doi: 10.3103/S1061386218030056.
Прокофьев В.Г., Лапшин О.В., Смоляков В.К. Макрокинетика горения слоевых композиций с легкоплавким инертным слоем // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 52. С. 102-113. doi: 10.17223/19988621/52/10.
Абдулкаримова Р.Г., Кетегенов Т.А., Мансуров З.А., Лапшин О.В., Прокофьев В.Г., Смоляков В.К. О влиянии фазовых превращений на неизотермический синтез в механоактивированных гетерогенных системах // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45, № 1. С. 56-67.
Хейфиц Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых средах. М. : Химия, 1982.
Мержанов А.Г., Мукасьян А.С., Рогачев А.С., Сычев А.Е., Хванг С., Варма А. Микроструктура фронта горения в гетерогенных безгазовых средах (на примере горения системы 5Ti + 3Si) // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 6. С. 68-81.
Игнатьев И.Э., Пастухов Э.А., Романова О.В. Математическая модель пропитки расплавом металлических порошков с использованием вибрационного воздействия // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 1. С. 4-10. doi: 10.17073/1997-308X-2017-1-4-10.
