VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Механохимический синтез (МС) смесей индивидуальных компонентов стоит в ряду современных технологий для получения наноструктурированных металлических сплавов. Относительная простота метода МС, заключающаяся в использовании мельниц различной конструкции с разной энергонапряженностью помола, позволяет получать сплавы в виде порошков, которые могут иметь непосредственное применение, либо служить прекурсорами для компактированных материалов. Формирование сплава происходит в условиях сильно удаленных от равновесия, в результате чего могут быть получены как нанокристаллические, так и аморфные структуры. Структура и свойства сплавов, образующихся в результате твердофазного взаимодействия компонентов, зависят от ряда факторов, в том числе от энергонапряженности помола.

Сплавы системы Fe-B имеют практическое применение благодаря комплексу уникальных свойств, таких как тугоплавкость, высокая твердость, химическая устойчивость в различных агрессивных средах и другие. Так, например, бориды и сплавы, содержащие бор, применяются в атомной энергетике также благодаря своим специальным свойствам [1]. Известно, что в сплавах системы Fe-В с содержанием бора более 8,86 мас.% при температуре 1682 К в результате взаимодействия жидкости и моноборида железа FeВ происходит перитектическое превращение L + FeB ↔ Fe₂B , вследствие которого происходит образование борида Fe₂В [2]. Кристаллическая решетка Fe₂B - типа CuAl₂ с 12 атомами в элементарной ячейке. На диаграмме состояния системы Fe-B (рис.1) [3] ряд авторов указывает на фазовое превращение β − FeB → α − FeB [2], которое происходит при температуре 1400 К. Моноборид железа FeB имеет ромбическую ре­шетку с 8 атомами в элементарной ячейке. Растворимость бора в α-Fe мала и при 906 °С составляет 0,008 % (ат.), а в γ-Fe она еще меньше. Предположительно твердый раствор бора на основе α-Fe представляет собой твердый раствор замещения, а на основе γ-Fe - внедрения.

Механохимический синтез сплавов на основе железа с различными р- элементами, осуществлен в ряде работ, что отражено в обзоре [4]. Хотя условия проведения твердофазного химического взаимодействия существенно различаются, в результате МС образуются метастабильные наноразмерные фазы.

В данной работе для получения сплавов Fe-B использовались Fe – чистотой 99.9% со средним размером частиц 40 мкм и В – аморфный – 99.88%. Механическое сплавление проводили в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице МАПФ-2М из стали ШХ-15 в атмосфере аргона при водяном охлаждении барабана. Для исследования продуктов помола использовали метод

Рис.1. Диаграмма состояния Fe-B.

рентгенодифракционного анализа (ДРОН-4-07, монохроматизированное CuKα_излучение). Компьютерная обработка данных рентгенодифракционного анализа проводилась с использованием набора программ X-RAYS.

Установлено, что МС в эквиатомной смеси бора и железа происходит путем непосредственного образования боридных фаз. На первой стадии помола в высокоэнергетической шаровой мельнице образуется метастабильный нанокристаллический борид Fe₂B, который сохраняется в сплаве наряду со свободным железом в широком интервале температур. После нагревания выше 900^оС сплав содержит α-Fe и стабильную тетрагональную фазу Fe₂B (тип C16). Дальнейший помол приводит к образованию однофазной структуры моноборида FeB.

Список литературы

1. Т.А. Дергач. Влияние бора на микроструктуру и свойства труб из низкоуглеродистой аустенитной хромоникелевой стали // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение» (88). 2005, №5, с. 80-85.

2. Н.П. Лякишев, Ю.Л. Плинер, С.И. Лаппо. Борсодержащие стали и сплавы. М.: «Металлургия», 1986.

3. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Ред. Лякишев Н. П. Машиностроение. 1996-2000 г. Т. 1; Т. 2 и Т. 3.

4. C. Surinarayana Mechanical alloying and milling. N.Y.: Marsel Dekker Inc., 2004.

Код для цитирования: Скопировать