ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
В данном Проекте внимание сосредоточено на твердофазном синтезе жаропрочных и жаростойких интерметаллических соединений системы Ni-Al при шаровом помоле смесей компонентов с добавками углерода как элемента внедрения (С) и элементов замещения ( Fe, Cr, Co, Ti). Выбор конкретной системы Ni-Al определяется тем, что в ней имеются высокотемпературные интерметаллиды NiAl и Ni3Al, уже доказавшие свою применимость в жаропрочных суперсплавах. В Проекте предлагается механохимический синтез интерметаллидов системы Ni-Al с одновременным введением двух типов легирующих добавок: - во-первых, элемент внедрения – углерод, который, проникая в октаэдрические поры ГЦК интерметаллида Ni3Al, изменяет структурный тип интерметаллида с L12 на Е21 (Ni3AlСх), и принципиально меняет характер взаимодействия между основными элементами интерметаллида. Такое соединение носит название антиперовскит. Атомы внедрения, могут в той или иной степени заполнять октапоры. Степень заполнения центральной октаэдрической позиции в Ni3Al атомами внедрения (C) в равновесном состоянии не превышает ~0.2 - 0.3 атома на элементарную ячейку. Сравнение механических свойств интерметаллида Ni3Al и антиперовскита Ni3AlCх показывает, что данное соединение сочетает свойства как интерметаллидной, так и карбидной фазы. По имеющимся данным некоторые механические свойства Ni3Al увеличиваются почти пропорционально увеличению содержания углерода, внедренного в интерметаллид. Таким образом, для упрочнения интерметаллических соединений системы Ni-Al имеется еще один нереализованный резерв – это увеличение и стабилизация количества углерода в упорядоченном интерметаллиде. - вторым типом легирующих элементов предлагаются элементы замещения. Традиционный эффект от добавок третьего компонента заключается в релаксации искажений кристаллической решетки вокруг атома добавки, что обычно определяется несоответствием размеров основного и примесного атомов, и дает вклад в твердофазное упрочнение в большинстве сплавов. С другой стороны, примесные атомы изменяют локальную электронную структуру и характеристики межатомной связи. Это, в свою очередь, может оказать влияние на энергетические характеристики (энергию связей и энергию дефектов упаковки), подвижность дислокаций, определяющих пластичность и другие характеристики сплавов. Большое значение для характера изменения свойств интерметаллида при легировании имеет то, какую подрешетку занимают атомы добавки. Имеющиеся экспериментальные и теоретические данные для интерметаллических соединений NiAl и Ni3Al показали, что некоторые добавки, например, Ti, Mo, Cr размещаются предпочтительно в алюминиевых подрешетках; другие, Co, Cu – в никелевых. Имеются элементы (Fe), способные располагаться в обеих подрешетках. Однако, для ряда добавок разные методы определения предпочтительного распределения дают различные результаты. Исходя из вышеизложенного, экспериментальное уточнение размещения легирующих элементов по подрешеткам интерметаллидов является самостоятельной и, весьма важной, задачей. В Проекте предлагается введение таких металлов в решетку интерметаллида Ni3Al, которые при замещении основных элементов (Ni или Al) в их подрешетках будут изменять энергию парного взаимодействия Ni – С в первой и/или Al – C во второй координационных сферах и стабилизировать более высокое содержание углерода. По имеющимся литературным данным, такой подход предлагается впервые. Таким образом, сочетание легирующих атомов замещения, размещающихся в определенных позициях (Ni и/или Al) с атомами внедрения (С), размещающихся в октаэдрических позициях, может кардинально изменять энергетику взаимодействия и влиять на физико-механические свойства интерметаллидов. Решение этой проблемы направлено на развитие научной и информационной базы для создания новых конструкционных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами на основе нанокристаллических интерметаллидов.
Высокоэнергетический помол трехкомпонентных смесей Ni70Al25Mo5, Ni75Al20Mo5 приводит к образованию нанокристаллических (ОКР ~7-12 нм) твердых растворов Ni(Al, Mo). При введении Mo в исходную смесь вместо части Al увеличивает содержание Mo в твердом растворе в 10 раз. Сопоставление экспериментальных значений периодов решетки твердых растворов с расчетными значениями по правилу Вегарда, а также по правилу Бозолло – Ферранте, учитывающему объемные модули упругости элементов показало усиление взаимодействия атомов, входящих в твердый раствор и образование областей с ближним порядком. Нагрев в калориметре до 720оС МС трехкомпонентных твердых растворов Ni(Al, Mo) формирует упорядоченную γ’ - фазу (L12) при Т ~ 450оС. Взаимодополняющими экспериментальными и расчетными методами установлено, что при механическом легировании интерметаллида Ni3Al молибденом, атомы Mo всегда заполняют позиции в подрешетке Al, независимо от состава исходной смеси. При этом дефицит атомов в никелевой подрешетке компенсируется структурными вакансиями. Помолом четырехкомпонентных смесей Ni-Al-Mo-C сформированы твердые растворы Ni(Al, Mo, C) с нанокристаллической субструктурой (ОКР ~ 2-5 нм), при этом часть Mo не входит твердый раствор. Введение графита в исходную смесь уменьшает растворимость Mo и способствует аморфизации твердых растворов вплоть до полной аморфизации. Нагрев механосинтезированных (МС) порошковых сплавов, приводит к упорядочению твердых растворов по типу L12 (без углерода) или Е21 (при внедрении углерода). При упорядочении твердых растворов Ni(Al, Mo, C) происходит выделение Mo и углерода с образованием второй фазы - карбида молибдена (Mo2C). Показана возможность оценить количество углерода в многокомпонентном интерметаллиде, на основании анализа соотношения интегральных интенсивностей сверхструктурных линий I(100)/I(110). При выполнении данного этапа Проекта показано, что применяемые в работе первопринципные методы позволяют анализировать межатомные взаимодействия в твердых растворах внедрения и замещения на основе интерметаллида Ni3Al. Показано, каким образом, теоретически, из расчета концентрационной зависимости периодов решетки, можно определить парциальный молярный объем примеси в твердых растворах внедрения. Предложен рациональный метод расчета коэффициентов концентрационного изменения периодов решетки, с помощью которого можно изучать размещение атомов примеси для упорядоченных фаз и интерметаллидов с несколькими типами подрешеток. Несомненным преимуществом этого метода является то, что рассчитываемые величины наиболее просто измеряются на опыте (рентгенография) и, что зависимость периодов решетки от концентрации примеси, – наиболее значимая величина для различных типов растворов. После компактирования механосинтезированных образцов систем Ni- Al-Cr-C и Ni-Al-Mo-C методом горячего изостатического прессования (ГИП) проведено изучение микроструктуры
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 5 марта 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Многокомпонентные нанокристаллические интерметаллиды системы Ni-Al, легированные атомами внедрения и замещения - основа жаропрочных сплавов. Синтез, структура, свойства |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Многокомпонентные нанокристаллические интерметаллиды системы Ni-Al, легированные атомами внедрения и замещения - основа жаропрочных сплавов. Синтез, структура, свойства |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Многокомпонентные нанокристаллические интерметаллиды системы Ni-Al, легированные атомами внедрения и замещения - основа жаропрочных сплавов. Синтез, структура, свойства |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".