Structural and phase characteristics of Ti-Al-Si powder materials under different synthesis conditions.pdf Введение Композиты на основе титана и его соединений являются очень привлекательными материала-ми для различных областей применения благодаря своим свойствам, таким как низкая плотность, высокие механические свойства, коррозионная стойкость, а также термостабильность. Данные ха-рактеристики делают титановые композиционные материалы востребованными при разработке перспективной авиационной техники, в автомобильной промышленности и других производст-венных отраслях [1, 2]. Уникальное сочетание свойств (высокие удельные жесткость и прочность, вязкость разрушения, электро- и теплопроводность, износостойкость и пр.) характерно для компо-зитов на основе титана, в состав которых входят его соединения с алюминием, кремнием, бором и т.д. Существенный интерес вызывают титан-содержащие композиты со стабильной структурой, сохраняющей свои морфологические и физико-химические свойства при последующих высоко-температурных процессах, в том числе при аддитивном производстве, объемном компактировании или других видах термомеханического воздействия. Повышенное внимание к разработке подоб-ных композитов обусловлено их высокой востребованностью в автомобильной и авиационной промышленности, где широко применяют новые высокотемпературные конструкционные мате-риалы с повышенными химическими и термомеханическими свойствами (стойкость к окислению, термическая стабильность и механические свойства) на фоне низкой плотности [2-6]. Интерметаллидные соединения на основе системы Ti-Al привлекают своим небольшим ве-сом, где алюминиды TiAl3 и Ti3Al демонстрируют высокую стойкость к окислению, коррозионную стойкость, высокий модуль упругости и сопротивление ползучести. Повысить их механические свойства можно за счет дополнительного легирования такими элементами, как, например, крем-ний (увеличивает прочность), хром и молибден (увеличивает сопротивление окислению при высо-ких температурах) или ниобий (увеличивает пластичность и стойкость к окислению при высоких температурах) [7]. Кремний как наиболее распространенный и дешевый компонент с наименьшей плотностью является самым перспективным среди этих элементов. Тем более сопутствующее об-разование фазы Ti5Si3 дает дополнительный упрочняющий эффект и также улучшает стойкость к окислению и коррозии при высоких температурах [1, 3, 4, 7]. Из-за особенностей взаимодействия титана с алюминием и кремнием [8] применение класси-ческих металлургических технологий ограничено. Наиболее привлекательным способом получе-ния композитов на основе системы Ti-Al-Si являются порошковые технологии. Чаще всего при-меняют комбинированные виды обработки, сочетающие механическое легирование, самораспро-страняющийся высокотемпературный синтез (СВС) и некоторые виды спекания при использова-нии как чистых компонентов, так и их лигатур [2, 4-7, 9, 10]. Несмотря на многочисленные иссле-дования этой системы с разным сочетанием компонентов [9-20], остается целый спектр задач, ко-торые требуют более детального изучения. Каждая порошковая система имеет свои особенности, которые определяются диаграммами рав-новесного состояния для выбранных элементов. И хотя порошковые технологические процессы ап-риори всегда являются неравновесными, при определении первичных параметров (концентрации, температурный режим) ориентируются на равновесные диаграммы c учетом возможных химических реакций. На фоне комплекса физико-химических и физико-механических процессов, протекающих в порошковой среде в условиях высокотемпературного воздействия, межчастичное контактное взаи-модействие является одним из ключевых. Оно предопределяет соответствующую последователь-ность реакций по образованию химических соединений во взаимодействующей системе. В зависи-мости от того, каков характер воздействия (спекание в плазме электрического разряда или вакуум-ное спекание, СВС и т.д.), это взаимодействие может быть как твердофазным, так и протекать в при-сутствии жидкой фазы. Таким образом, при использовании одних и тех же исходных компонентов могут происходить разнонаправленные процессы с формированием определенного фазового соста-ва. В частности, существенное влияние на финальное структурно-фазовое состояние оказывает не только баланс между вводимыми элементами Al и Si, но и то, каким образом идет взаимодействие титана с ними: через лигатуру на основе сплава Al-Si или в чистом виде [4-6]. Кроме того, много внимания уделяют возможности использования различных вариантов сочетания процессов обработ-ки (механического легирования, горячего прессования, вакуумного реакционного или искрового плазменного спекания), чтобы добиться приемлемых функциональных свойств. Анализ поведения синтезированных многокомпонентных порошковых продуктов на основе титана и его производных (соединений) в условиях вторичного термического воздействия практи-чески отсутствует. Таким вторичным термическим (или термомеханическим) воздействием могут быть как наплавочные процессы при аддитивных технологиях, так и традиционное вакуумное спе-кание с формированием объемного изделия. В любом случае встает вопрос о поведении порошко-вой композиции на основе продуктов синтеза с оценкой его спекаемости, эволюции структуры и анализа формирования межчастичных контактов. В связи с этим представляет интерес исследова-ние формирования структурно-фазового состояния в порошковых материалах системы Ti-Al-Si при определенных сочетаниях компонентов после вакуумного спекания и СВС. Соотношение по-рошковых компонентов, состоящих из чистых элементов титана, алюминия и кремния выбирали таким образом, чтобы их было достаточно для синтеза алюминидов TiAl3 и Ti3Al одновременно с формированием силицида Ti5Si3. Материалы и методики исследований При выборе составов порошковых смесей Ti-Al-Si ориентировались на два типа композиций, предполагающих возможность эквимолярного формирования алюминидов титана TiAl3 (вари-ант 1) и Ti3Al (вариант 2) при одновременном образовании силицида Ti5Si3 как наиболее устойчи-вых и стабильных фаз с точки зрения равновесной диаграммы состояния систем Ti-Al и Ti-Si [8]. Для приготовления реакционных смесей использовали порошки титана ТПП-8 (основная фракция d < 160 мкм), алюминия ПА-IV (d

Скачать электронную версию публикации