1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 5, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 5, стр. 481-493

Особенности кинетики и механизма гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta

А. М. Гурьянов 1, 2, *, С. Н. Юдин 1, 2, А. В. Касимцев 1, 2, С. С. Володько 1, 2, И. А. Алимов 1, 2, Е. В. Евстратов 3

1 Тульский государственный университет
300012 Тула, пр. Ленина, 92, Россия

2 ООО “Метсинтез”
300034 Тула, Красноармейский пр., 25, Россия

3 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
119334 Москва, Ленинский пр., 49, Россия

* E-mail: alex19021861@gmail.com

Поступила в редакцию 22.02.2023
После доработки 08.04.2023
Принята к публикации 10.04.2023

Аннотация

Работа демонстрирует результаты исследования кинетики гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta и влияние на нее различных технологических параметров. Обнаружена аномальная кинетика образования Cr2Ta, при которой наблюдается взрывной характер прироста фазы при достижении определенной температуры синтеза. Определена кажущаяся энергия активации гидридно-кальциевого синтеза интерметаллида Cr2Ta, равная ~291 кДж/моль, которая близка энергии активации гетеродиффузии различных фаз Лавеса (Cr2Ti, Cr2Nb, Co2Nb, Fe2Ti). На основе полученных результатов предложен механизм гидридно-кальциевого синтеза Cr2Ta. Показана перспективность гидридно-кальциевого синтеза для получения тугоплавких интерметаллидов. Дальнейшие работы в данном направлении позволят получать порошок высокого качества, а также компактные изделия из него.

Ключевые слова: синтез, гидридно-кальциевое восстановление, Cr2Ta, диффузия, механизм, свойства

Список литературы

  1. Bei H., Pharr G.M., George E.P. A Review of Directionally Solidified Intermetallic Composites for High-Temperature Structural Applications // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 3975–3984. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000031479.32138.84

  2. Anton D.L., Shah D.M., Duhl D.N., Giamei A.F. Selecting High-Temperature Structural Intermetallic Compounds: The Engineering Approach // JOM. 1989. № 9. P. 12–16. https://doi.org/10.1007/BF03220324

  3. Duquette D.J., Stoloff N.S. Aerospace Applications of Intermetallics // Key Eng. Mater. 1992. V. 77–78. P. 289–304.https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.77-78.289

  4. Liu C.T. Recent Advances in Ordered Intermetallics // Mater. Chem. Phys. 1995. V. 42. № 2. P. 77–86.

  5. Meier G.H., Pettit F.S. High Temperature Oxidation and Corrosion of Intermetallic Compounds // Mater. Sci. Technol.1992. V. 8. № 4. P. 331–338.https://doi.org/10.1179/mst.1992.8.4.331

  6. Intermetallic Compounds. Structural Applications of Intermetallic Compounds / Eds. Westbrook J.H., Fleischer R.L. N. Y.: Wiley, 2000. V. 3. 346 p.

  7. Brady M.P., Tortorelli P.F., Walker L.R. Correlation of Alloy Microstructure with Oxidation Behavior in Chromia-Forming Intermetallic-Reinforced Cr Alloys // Mater. High Temp. 2000. V. 17. № 2. P. 235–241.https://doi.org/10.1179/mht.2000.17.2.009

  8. Brady M.P., Zhu J.H., Liu C.T., Tortorelli P.F., Walker L.R. Oxidation Resistance and Mechanical Properties of Laves Phase Reinforced Cr in-situ Composites // Intermetallics. 2000. V. 8. P. 1111–1118.https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00046-7

  9. Юдин С.Н., Касимцев А.В., Володько С.С., Гурьянов А.М. Металлотермический синтез фазы Лавеса TaCr2 из оксидного сырья // Цв. металлы. 2020. № 11. С. 48–53.https://doi.org/10.17580/tsm.2020.11.07

  10. Venkatraman M., Neumann J.P. The Cr–Ta (Chromium-Tantalum) System // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1987. V. 8. № 2. P. 112–116.https://doi.org/10.1007/BF02873190

  11. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray Analysis of Polycrystals // Met. Sci. Heat Treat. 2000. V. 42. № 8. P. 309–313.https://doi.org/10.1007/BF02471306

  12. Rietveld H.M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J. Appl. Crystallogr. 1969. V. 2. № 2. P. 65–71.https://doi.org/10.1107/S0021889869006558

  13. Касимцев А.В., Жигунов В.В. Фазовые и структурные превращения при получении порошков интерметаллидов // ПМиФП. 2009. № 3. С. 5–12.

  14. Naoi D., Kajihara M. Growth Behavior of Fe2Al5 during Reactive Diffusion between Fe and Al at Solid-State Temperatures // Mater. Sci. Eng., A. 2007. V. 459. № 1–2. P. 375–382.https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.01.099

  15. Horiuchi S., Blanchard R. Boron Diffusion in Polycrystalline Silicon Layers // Solid-State Electron. 1975. V. 18. № 6. P. 529–532. https://doi.org/10.1016/0038-1101(75)90029-5

  16. Liu J.C., Mayer J.W., Barbour J.C. Kinetics of NiAl3 and Ni2Al3 Phase Growth on Lateral Diffusion Couples // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. № 2. P. 656–662. https://doi.org/10.1063/1.341957

  17. Меерсон Г.А., Колчин О.П. О механизме восстановления окислов циркония и титана гидридом кальция // Атомная энергия. 1957. Т. 2. Вып. 3. С. 253–259.

  18. Касимцев А.В., Левинский Ю.В. Гидридно-кальциевые порошки металлов, интерметаллидов, тугоплавких соединений и композиционных материалов. М.: Издательство МИТХТ, 2012. 247 с.

  19. Dupin N., Ansara L. Thermodynamic Assessment of the Cr–Ta System // J. Phase Equilib. 1993. V. 14. № 4. P. 451–456.https://doi.org/10.1007/BF02671963

  20. Dean J.A. Lange’s Handbook of Chemistry. Fifteenth edition. N. Y.: McGraw-Hill, 1999. 1424 p.

  21. Rogachev A.S., Gryadunov A.N., Kochetov N.A., Schukin A.S., Baras F., Politano O. High-Entropy-Alloy Binder for TiC-Based Cemented Carbide by SHS Method // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. V. 28. № 3. P. 196–198.https://doi.org/10.3103/S1061386219030117

  22. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kochetov N.A., Kovalev D.Y., Kovalev I.D., Shchukin A.S., Gryadunov A.N., Baras F., Politano O. Combustion Synthesis of TiC-based Ceramic-Metal Composites with High Entropy Alloy Binder // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 7. P. 2527–2532.https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.059

  23. Vignoul G.E., Tien J.K., Sanchez J.M. Characterization of the Deformation Behavior of the Cr2Nb Ordered Intermetallic System // Mater. Sci. Eng., A. 1993. V. 170. № 1–2. P. 177–183.

  24. Baumann W., Leineweber A., Mittemeijer E.J. The Kinetics of a Polytypic Laves Phase Transformation in TiCr2 // Intermetallics. 2011. V. 19. № 4. P. 526–535.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.11.027

  25. Baheti V.A., Roy S., Ravi R., Paul A. Interdiffusion and the Phase Boundary Compositions in the Co–Ta System // Intermetallics. 2013. V. 33. P. 87–91.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.09.020

  26. Denkinger M., Mehrer H. Diffusion in the C15-Type Intermetallic Laves Phase NbCo2 // Philos. Mag. A. 2000. V. 80. № 5. P. 1245–1263.https://doi.org/10.1080/01418610008212113

  27. Wein M., Levin L., Nadiv S. The Mechanism of Mixing and Reactive Diffusion in Intermetallics (TiFe2, TiCr2) // Philos. Mag. A. 1978. V. 38. № 1. P. 81–96.https://doi.org/10.1080/01418617808239219

  28. Baba M., Ono Y., Suzuki R.O. Tantalum and Niobium Powder Preparation from Their Oxides by Calciothermic Reduction in the Molten CaCl2 // J. Phys. Chem. Solids. 2005. V. 66. № 2–4. P. 466–470. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.06.042

  29. Suzuki R.O., Ikezawa M., Okabe T.H., Oishi T., Ono K. Preparation of TiAl and Ti3Al Powders by Calciothermic Reduction of Oxides // Mater. Trans., JIM. 1990. V. 31. № 1. P. 61–68.https://doi.org/10.2320/matertrans1989.31.61

  30. Suzuki R.O., Tatemoto K., Kitagawa H. Direct Synthesis of the Hydrogen Storage V–Ti Alloy Powder from the Oxides by Calcium Co-Reduction // J. Alloys Compd. 2004. V. 385. № 1–2. P. 173–180. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.04.137

  31. Okabe T.H., Fujiwara K., Oishi T., Ono K. A Fundamental Study on the Preparation of Niobium Aluminide Powders by Calciothermic Reduction // Metall. Trans. B. 1992. V. 23. № 4. P. 415–421https://doi.org/10.1007/BF02649659

  32. Wu K.H., Wang Y., Chou K.-C., Zhang G.H. Low-Temperature Synthesis of Single-Phase Refractory Metal Compound Carbides // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. V. 98. P. 105567.https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105567

  33. Venkatraman M., Neumann J.P. The Ca-Cr (Calcium-Chromium) System // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1985. V. 6. № 4. P. 335. https://doi.org/10.1007/BF02880513

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал