Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Механохимический подход к получению металломатричных композиционных материалов Ti/TiC

Н. Г. Разумов, С. А. Ковалева, Т. Ф. Григорьева, П. А. Витязь, Н. З. Ляхов

Аннотация


Изучены возможности модифицирования структуры металломатричных материалов Ti/TiС путем использования механокомпозитов, полученных механохимическим синтезом карбида титана в реакционной смеси (Ti + C) + 70 % (масс.) Ti, и их последующей консолидации методом искрового плазменного спекания. Исследована структура материалов методами дифракционного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Показано, что при механической активации (МА) в планетарной шаровой мельнице АГО-2 в течение 4 – 8 мин реализуется in situ твердофазный синтез карбида TiC0.38 в матрице аморфно-кристаллического твердого раствора α-Ti(С). С увеличением длительности МА от 4 до 8 мин размеры частиц механокомпозитов уменьшаются в 2,6 раза. Установлено, что при спекании формируются композиционные материалы на основе β-Ti с зернистой структурой независимо от длительности МА. С увеличением длительности МА с 4 до 8 мин пористость материалов уменьшается от 3,14 до 2,56 %, а размеры зерна карбида и b-титана увеличиваются примерно в 2 раза. После МА в течение 4 и 8 мин и последующего спекания материалы имеют твердость 802 ± 10 HV и 749 ± 10 HV, прочность при испытании на сжатие 1400 ± 50 МПа и 1600 ± 50 МПа, а также значительную износостойкость — коэффициенты абразивного износа 3,57 × 10 – 5 и 2,25 × 10 – 5 мм3/(Н × м) соответственно.


Ключевые слова


механохимическая активация; in situ; металломатричные композиты; механокомпозит; титан; карбид титана

Полный текст:

PDF

Литература


Hayat M. D., Singh H., He Z., Cao P. Titanium metal matrix composites: An overview // Compos. Part A. Appl. Sci. Manuf. 2019. V. 121. P. 418 – 438.

Батиенков Р. В., Бурковская Н. П., Большакова А. Н., Худнев А. А. Высокотемпературные композиционные материалы с металлической матрицей (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2020. Т. 6 – 7, № 89. С. 45 – 61.

Tsetseris L., Pantelides S. T. Vacancies, interstitials and their complexes in titanium carbide // Acta Mater. 2008. V. 12. P. 2864 – 2871.

Ali T., Wang L., Cheng X. et al. The effect of TiC on microstructure and mechanical properties of Ti-5553 beta phase titanium alloy // Mater. Des. 2022. V. 214, Is. 8. Art. 110395.

Gofrey T. M. T., Goodwin P. S., Ward-Close C. M. Titanium particulate metal matrix composites — reinforcement, production methods, and mechanical properties // Adv. Eng. Mater. 2000. V. 2. P. 85 – 91.

Shetty R., Hegde A., Shetty S. V. U. K. et al. Processing and mechanical characterisation of titanium metal matrix composites: A literature review // J. Compos. Sci. 2022. V. 6. Art. 388.

Liu D., Zhang S. Q., Li A., Wang H. M. Microstructure and tensile properties of laser melting deposited TiC/TA15 titanium matrix composites // J. Alloys Compd. 2009. V. 485. P. 156 – 162.

Bernard G., Pejchal V., Sereda O., Logé R. E. Tensile properties of ex-situ Ti – TiC metal matrix composites manufactured by Laser Powder Bed Fusion // Materials. 2024. V. 17, Is. 22. Art. 5613.

Gu D., Meng G., Li C., Meiners W., Poprawe R. Selective laser melting of TiC/Ti bulk nanocomposites: Influence of nanoscale reinforcement // Scr. Mater. 2012. V. 67. P. 185 – 188.

Andrieux J., Gardiola B., Dezellus O. Synthesis of Ti matrix composites reinforced with TiC particles: In situ synchrotron x-ray diffraction and modeling // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. P. 9533 – 9544.

Wang J., Li L., Lin P., Wang J. Effect of TiC particle size on the microstructure and tensile properties of TiCp/Ti6Al4V composites fabricated by laser melting deposition // Opt. Laser Technol. 2018. V. 105. P. 195 – 206.

Roger J., Gardiola B., Andrieux J. et al. Synthesis of Ti matrix composites reinforced with TiC particles: Thermodynamic equilibrium and change in microstructure // J. Mater. Sci. 2016. V. 52. P. 4129 – 4141.

Wang N., Choi Y., Oue K., Matsugi K. Fabrication of in-situ rod-like TiC particles dispersed Ti matrix composite using graphite power sheet // Sci. Rep. 2022. V. 12, Is. 1. Art. 19154.

Delogu F., Takacs L. Mechanochemistry of Ti – C powder mixtures // Acta Mater. 2014. V. 80. P. 435 – 444.

Lagos M. A., Agote I., Atxaga G. et al. Fabrication and characterisation of Titanium Matrix Composites obtained using a combination of Self-propagating High-temperature Synthesis and Spark Plasma Sintering // Mater. Sci. Eng. 2016. V. A655. P. 44 – 49.

Созонова Н. М., Воробьев В. Л., Гильмутдинов Ф. З. и др. Исследование поверхностных слоев титанового сплава ВТ6 с нанесенной пленкой углерода при ионно-лучевом перемешивании // МиТОМ. 2021. № 2. C. 20 – 25.

Zhang C. J., Kong F. T., Xiao S. L. et al. Evolution of microstructure and tensile properties of in situ titanium matrix composites with volume fraction of (TiB + TiC) reinforcements // Mater. Sci. Eng. 2012. V. A548. P. 152 – 160.

Wei W. H., Shao Z. N., Shen J., Duan X. M. Microstructure and mechanical properties of in situ formed TiC-reinforced Ti – 6Al – 4V matrix composites // Mater. Sci. Technol. 2018. V. 34, Is. 2. P. 191 – 198.

Ковалева С. А., Жорник В. И., Витязь П. А. и др. Структура и свойства порошковых материалов на основе механосинтезированных металломатричных композитов Ni – TiC // Механика машин, материалов и механизмов. 2024. Т. 1, № 66. С. 71 – 79.

Grigoreva T. F., Dudina D. V., Vidyuk T. M. et al. Structural-phase evolution during in-situ mechanochemical synthesis of titanium carbide in nickel matrix // Phys. Met. Metallogr. 2024. V. 125, Is. 10. P. 1166 – 1173.

Kurlov A. S., Gusev A. I. High-energy milling of nonstoichiometric carbides: Effect of nonstoichiometry on particle size of nanopowders // J. Alloys Compd. 2014. V. 582. P. 108 – 118.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.10.26-33

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026