V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013
ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТОВ В СПЛАВАХ NI-NB-B ПРИ МЕХАНОХИМИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Механохимический синтез (МС) сплавов проводили помолом смесей порошков никеля (99,99 %) с размером частиц 70-100мкм, ниобия (99,96 %) с размером частиц 100 мкм и аморфного бора (99,88 %). Помол проводился в атмосфере аргона в водоохлаждаемой шаровой планетарной мельнице МАПФ-2М с контейнером и шарами, изготовленными из стали ШХ-15. Химический анализ продуктов помола проводился методом рентгеновского микроанализа на рентгеновском микроанализаторе Comebax-microbeam с приставкой LINK-860 по характеристическим спектрам К-серии (α и β) Ni, Nb. Содержание бора определялось по разности металлов в составе. Сплавы исследовали методами рентгенодифракционного анализа (ДРОН-4-07) на Cuk-излучении и дифференциально сканирующей калориметрии (ДСК) с нагревом 40 о/мин в интервале 50-720 оС (Perkin Elmer DSC-7). Обработка дифрактограмм проводилась с помощью набора программ X-RAYS.
|
Рисунок 1. Дифрактограммы сплава Ni75Nb12B13 после различной продолжительности МС: исходная смесь (а), 2 ч МС (б), 4 ч МС (в) , 8 ч МС (г). |
Рисунок 2. Зависимость периода решетки ГЦК твердых растворов от содержания ниобия в сплавах Ni87-хNbхB13 и Ni100-хNbх. |
Установлено, что твердофазное взаимодействие в смесях Ni87-xNbxB13 (х = 7, 10, 12, 14) проходит через стадию образования трехкомпонентных ГЦК твердых растворов Ni(Nb,B). Дифрактограммы сплавов всех составов после 2 ч МС содержат линии только одной кристаллической фазы с ГЦК решеткой. Типичная дифрактограмма такого твердого раствора приведена на рисунке 1.
На рис. 2 показана зависимость периода решетки твердых растворов Ni(Nb,B) от содержания Nb. Меньшие величины периодов решетки Ni(Nb,B) по сравнению с Ni(Nb), при одинаковом содержании в них Nb указывает, что В растворяется в Ni по типу замещения (rNi = 0,125 нм, rNb = 0,46 нм, rB = 0,087 нм).
При изучении структурно-фазовых превращений в процессе нагрева закаленного из жидкого состояния (ЗЖС) и МС сплавов в дифференциально-сканирующем калориметре наблюдались тепловые эффекты, связанные с изменением структуры метастабильных сплавов. На кривых ДСК (рисунок 3) отчетливо проявляются экзотермические пики, хотя сам характер и величины эффектов различны. Так, на кривой ДСК для ЗЖС сплава присутствует один экзотермический пик в узком температурном интервале 470-514оС. Tmax соответствует 490оС и теплота превращения равнялась ΔНкр = - 5 Дж/г. Данный пик характеризует процесс кристаллизации аморфного сплава, которая протекает в одну стадию. По результатам рентгенофазового анализа образца после конечной температуры нагрева в калориметре 720оС сплав содержал Ni(Nb) и две боридных
|
Рисунок 3. ДСК кривые сплавов Ni75Nb12B13 после ЗЖС (а) и после 2 ч МС (б). |
фазы - Ni21Nb2B6 (τ) и Ni5Nb3B2 (z). После изотермического отжига при 1000оС, 1 ч порошка метастабильного сплава Ni75Nb12B13 в нем полностью произошел переход метастабильных фаз в стабильные Ni(Nb), Ni21Nb2B6 и Ni3B, что соответствует положению сплава данного состава на фазовой |
диаграмме Ni-Nb-B. В то же время после изостатического горячего прессования при 1000оС порошков механосинтезированного сплава со структурой пересыщенного твердого раствора Ni(Nb,В) в нем произошли структурные изменения, которые несопоставимы с тем, что наблюдаются при отжиге порошкового сплава при этой температуре.
Таким образом, при деформационном воздействии на структуру нанокристаллического метастабильного твердого раствора Ni(Nb,В) происходит его частичный распад с выделением боридной τ – фазы Ni21Nb2B6. Зарождение и рост этой фазы облегчен когерентностью связи ее кристаллической решетки с ГЦК решеткой матричной фазы твердого раствора, так как аτ = 3 аNi.