Синтез интерметаллидов системы Ti–Fe из смесей элементарных порошков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Интерметаллические соединения Fe2Ti и FeTi находят практическое применение в качестве аккумуляторов водорода (FeTi) или в качестве магнитных материалов (Fe2Ti). Из-за особенностей двойной равновесной диаграммы получение этих интерметаллидов литьем затруднено, поэтому широко используются методы порошковой металлургии в сочетании с предварительной механоактивацией порошковых смесей. Цель работы: исследовать возможность получения однофазных соединений из порошковых смесей титана и железа целевых составов. Методы исследования. Механоактивированные порошковые смеси, продукты горения и последующего отжига исследовали методами рентгенофазового анализа, оптической металлографии и растровой электронной микроскопии с определением элементного состава методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Методика исследования. Порошковые смеси в течение 20 минут подвергали механоактивации в планетарной мельнице Activator 2S при интенсивности 40g и соотношении шары/смесь, равном 20. Механоактивированные смеси нагревали в герметичном реакторе в среде аргона со средней скоростью 85 град/мин. Результаты и обсуждение. При температуре около 500 °С на термограммах с термопар, помещенных в механоактивированную смесь, появлялся резкий подъем (тепловой взрыв), свидетельствующий об экзотермической реакции в смеси. Величина подъема для состава 2Fe+Ti оказалась значительно больше, чем для состава Fe+Ti. Рентгеноструктурный анализ показал, что основным продуктом реакции для обеих смесей является соединение Fe2Ti. Преимущественное образование Fe2Ti, так же как бóльший тепловой эффект в смеси состава 2Fe+Ti, объясняется бóльшей отрицательной энтальпией образования Fe2Ti по сравнению с FeTi (–87,45 и –40,58 ккал/моль соответственно). Выводы. Высокотемпературные гомогенизирующие отжиги продуктов теплового взрыва с целью получения однофазных целевых продуктов не дали положительного результата. Содержание побочных фаз и непрореагировавших реагентов мало изменилось после отжигов. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что термодинамический фактор (энтальпия образования интерметаллида) является основным фактором, определяющим фазовый состав продуктов синтеза в порошковых смесях титана и железа.

Об авторах

Г. А. Прибытков

Email: gapribyt@mail.ru
доктор техн. наук, доцент, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, gapribyt@mail.ru

А. В. Барановский

Email: nigalisha@gmail.com
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, nigalisha@gmail.com

В. В. Коржова

Email: vicvic5@mail.ru
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, vicvic5@mail.ru

И. А. Фирсина

Email: iris1983@yandex.ru
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, iris1983@yandex.ru

В. П. Кривопалов

Email: krivopalov@ispms.tsc.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, krivopalov@ispms.tsc.ru

Список литературы

  1. Sandrock G. A panoramic overview of hydrogen storage alloys from a gas reaction point of view // Journal of Alloys and Compounds. – 1999. – Vol. 293–295. – P. 877–888. – doi: 10.1016/S0925-8388(99)00384-9.
  2. Delogu F., Cocco G. Compositional effects on the mechanochemical synthesis of Fe–Ti and Cu–Ti amorphous alloys by mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. – 2003. – Vol. 352, iss. 1. – P. 92–98. – doi: 10.1016/S0925-8388(02)01109-X.
  3. Zadorozhnyi V.Yu., Skakov Yu.A., Milovzorov G.S. Appearance of metastable states in Fe–Ti and Ni–Ti systems in the process of mechanochemical synthesis // Metal Science and Heat Treatment. – 2008. – Vol. 50, iss. 7. – Р. 404–410. – doi: 10.1007/s11041-008-9078-4.
  4. Hydrogen storage nanocrystalline TiFe intermetallic compound: synthesis by mechanical alloying and compacting / V. Zadorozhnyy, S. Klyamkin, M. Zadorozhnyy, O. Bermesheva, S. Kaloshkin // International Journal of Hydrogen Energy. – 2012. – Vol. 37, iss. 22. – P. 17131–17136. – doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.078.
  5. Mechanical alloying of nanocrystalline intermetallic compound TiFe doped with sulfur and magnesium / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, M.V. Gorshenkov, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 615. – P. S569–S572. – doi: 10.1016/j.jallcom.2013.12.144.
  6. Mechanical alloying of nanocrystalline intermetallic compound TiFe doped by aluminum and chromium / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, O.V. Bermesheva, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 586. – P. S56–S60. – doi: 10.1016/j.jallcom.2013.01.138.
  7. Effect of mechanical activation on compactibility of metal hydride materials / V.Yu. Zadorozhnyy, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, D.V. Strugova, G.S. Milovzorov, D.V. Louzguine-Luzgin, S.D. Kaloshkin // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 707. – P. 214–219. – doi: 10.1016/j.jallcom.2016.11.320.
  8. Preparation and hydrogen storage properties of nanocrystalline TiFe synthesized by mechanical alloying / V.Yu. Zadorozhnyy, G.S. Milovzorov, S.N. Klyamkin, M.Yu. Zadorozhnyy, D.V. Strugova, M.V. Gorshenkov, S.D. Kaloshkin // Progress in Natural Science: Materials International. – 2017. – Vol. 27, iss. 1. – P. 149–155. – doi: 10.1016/j.pnsc.2016.12.008.
  9. Zaluski L., Zaluska A., Ström-Olsen J.O. Nanocrystalline metal hydrides // Journal of Alloys and Compounds. – 1997. – Vol. 253–254. – P. 70–79. – doi: 10.1016/S0925-8388(96)02985-4.
  10. Dobromyslova A.V., Taluts N.I. Mechanical alloying of Ti–Fe alloys using severe plastic deformation by high-pressure torsion // Physics of Metals and Metallography. – 2018. – Vol. 119, N 11. – P. 1127–1132. – doi: 10.1134/S0031918X18110030.
  11. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. – М.: Физматлит, 2013. – 399 с. – ISBN 978-5-9221-1441-7.
  12. Григорьева Т.Ф., Баринов А.П., Ляхов Н.З. Механохимический синтез интерметаллических соединений // Успехи химии. – 2001. – Т. 70 (1). – С. 52–71.
  13. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. – Новосибирск: Наука, 1986. – 303 с.
  14. Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. – Новосибирск: Параллель, 2008. – 168 с.
  15. Прибытков Г.А., Семенова А.А., Итин В.И. Синтез в режиме горения интерметаллидов системы железо – титан // Физика горения и взрыва. – 1984. – № 5. – С. 21–23.
  16. Влияние механической активации на высокотемпературный синтез и фазообразование низкокалорийных интерметаллических соединений / Ю.С. Найбороденко, Н.Г. Касацкий, Е.Г. Сергеева, О.К. Лепакова // Химия в интересах устойчивого развития. – 2002. – Т. 10. – С. 199–204.
  17. Morphological characteristics of mechanochemically synthesized Fe/Ti composites / T.F. Grigor’;eva, S.A. Kovaleva, T.Yu. Kiseleva, S.V. Vosmerikov, E.T. Devyatkina, E.A. Pastukhov, N.Z. Lyakhov // Russian Metallurgy (Metally). – 2016. – Vol. 2016, N 8. – P. 737–741. – doi: 10.1134/S0036029516080048.
  18. Saito T. Magnetic properties of Ti–Fe alloy powders prepared by mechanical grinding // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – Vol. 364, iss. 1. – P. 113–116. – doi: 10.1016/S0925-8388(03)00532-2.
  19. Bukrina N.V., Baranovskiy A.V. Synthesis of composites made of powder mixtures (Ti, C, and Al) in controlled heating // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2019. – Vol. 60, iss. 4. – P. 732–739. – doi: 10.1134/S0021894419040187.
  20. Bartin I., Knacke O., Kubaschevski O. Thermochemical properties of inorganic substances. Supplement. – Berlin: Springer-Verlag, 1977. – 861 p. – doi: 10.1007/978-3-662-02293-1.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).