Методом силового СВС-компактирования получены композиты, имеющие состав TiC+50 об.% инерт. В качестве инерта служили медь, железо, нихром, сталь Г13. Отмечено, что параметр решетки, размер зерна TiCи массовое отношение Ti/C в зерне TiC практически не зависят от состава инерта. Показано, что некоторые композиты имеют высокие механические свойства. Трение композитов, содержащих Ni-Cr, характеризуется коэффициентом трения до 0,5 и большим износом вследствие сильной адгезии к контртелу. Композиты, имеющие состав TiC+(Cu, Fe) и TiC+(Cu, Г13), работоспособны при давлении около 100 МПа и могут служить основой для создания триботехнических материалов.

Получены композиты на основе карбида титана путем компактирования в пресс-форме экзотермической шихты состава (Ti+C) + сталь. Композиты имеют низкую пористость. Металлографическим анализом установлено, что увеличение содержания металла (инерта) в экзотермической шихте приводит к уменьшению размера карбидного зерна до 2 мкм. Появление твердого раствора на межфазной границе в СВС-композитах не обнаружено. Параметр решетки TiC=0,432 нм независимо от содержания инерта. Механическая прочность СВС-продуктов имеет низкое значение в композитах, содержащих медь и сталь Р10Ф1К8М6, и относительно высокое значение в композитах, содержащих железо, нихром и сталь Г13.

Выполнены эксперименты по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу металлокерамики TiC—NiCr, реализуемому в механоактивированной порошковой смеси Ti—С—NiCr в свободном режиме горения и под давлением. Установлено, что увеличение объемной доли связующего компонента приводит к уменьшению размера включений TiC в частицах, полученных механическим измельчением синтезированных металлокерамических компактов. Для напыления покрытий использовалась разработанная в ИГиЛ СО РАН компьютеризированная установка CCDS2000. Приводятся результаты сравнения характеристик детонационных покрытий, изготовленных из полученных нами порошков и коммерческого порошка Cr3C2—NiCr. Показана перспективность применения самораспространяюшегося высокотемпературного синтеза порошков TiC—NiCr для газотермического напыления износостойких покрытий.

На примере металлокерамического сплава карбида титана (TiC) с никельхромовым (Ni-Cr) связующим впервые выполнен сравнительный анализ влияния различных высокоэнергетических воздействий на дисперсность внутренней структуры и фазовый состав синтезированной металлокерамики 70vol.%TiC + 30vol.%(Ni-Cr)-сплав (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) под давлением, предварительная механическая активация (МА) металлических компонентов исходной порошковой смеси титан-углерод-никельхромовая связка; последующая МА порошковой смеси в целом; интенсивная пластическая деформация продукта синтеза). Показано, что в условиях интенсивной пластической деформации с экструзией продукта высокотемпературного синтеза формируется металлокерамическая структура, содержащая частицы карбидной фазы стехиометрического состава наномасштабной размерности.

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и растровой электронной микроскопии исследованы продукты самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакционных порошковых смесях титана и углерода (сажи), содержащих избыток титана с целью получения из продуктов синтеза композиционных порошков "карбид титана - титановая связка". На основе результатов исследования фазового и элементного состава СВС порошков, синтезированных в аргоне, установлено образование карбида титана нестехиометрического состава, что привело к уменьшению содержания титановой связки в композиционных порошках по сравнению с расчетными значениями. Результаты исследования зависимостей морфологии и структуры карбидной фазы в композиционных порошках от содержания титана в реакционных смесях обсуждены в совокупности с результатами определения термокинетических характеристик послойного горения.

Проведены исследования элементного и фазового состава, макро- и микроструктуры, твердости и абразивной износостойкости покрытий, полученных плазменным напылением порошком быстрорежущей стали Р6М5 и СВС порошком TiC+50 об.% Р6М5. Рассмотрено структурное состояние примесей кислорода и азота и их влияние на свойства покрытий. Установлено, что металломатричная структура композиционного порошка сохраняется в неизменном виде в напыленном покрытии, что обеспечивает повышение твердости и износостойкости композиционного покрытия в 2,0 и 7,6 раз соответственно по сравнению с покрытием, напыленным стальным порошком.

Разработаны технологические параметры получения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) карбонитридов титана и металлокерамических композиционных порошков на их основе с матрицей из высокоазотистой стали Х20ФГ20 (N=0,9 масс%). Установлены оптимальные режимы синтеза. Проведено исследование качественных характеристик материалов (гранулометрический состав порошка, содержание газов, структура). На основе синтезируемых композиционных порошков системы "TiCN-X20АГ20" методом электронно-лучевой наплавки получены покрытия, исследованы их структура и свойства.

В режиме послойного горения синтезированы и исследованы металломатричные композиты “карбид титана - связка из стали Р6М5”. Из продуктов синтеза получены композиционные порошки TiC + Р6М5, которые использовались для электронно-лучевой наплавки покрытий. Установлено, что наплавленное композиционное покрытие содержит разномасштабные упрочняющие элементы в виде гранул композиционного порошка и отдельных карбидных частиц в стальной матрице, которые отличаются дисперсностью и морфологией. Прослежена эволюция микроструктуры гранул композиционного порошка в процессе наплавки, заключающаяся в частичном растворении периферийной части гранул с высвобождением и переходом карбидных включений в расплав наплавочной ванны.

Рассмотрены общие и специальные вопросы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) как способа получения неорганических соединений и композиционных материалов. Изложены теоретические основы СВС, закономерности и механизмы горения и структурообразования в СВС-системах. Изучены термодинамические и кинетические аспекты взаимодействия компонентов при синтезе новых материалов в режиме горения. Представлены данные об основных технологических типах процессов производства порошков неорганических соединений, керамических материалов и изделий, новых композиционных материалов, литых тугоплавких соединений, о методах нанесения покрытий. Приведены сведения о структуре, свойствах и применении новых композиционных материалов. Уделено внимание лабораторным установкам для экспериментального исследования процессов СВС и оборудованию для промышленной реализации СВС-технологий. Учебное пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150100 "Металлурги", а также на исследователей, инженеров и технологов в области порошковой металлургии, высокотемпературных материалов, керамических композиционных материалов, огнеупоров, ферросплавов и лигатур, материалов для электроники, химической промышленности и др. Данное издание посвящено 80-летию академика А. Г. Мержанова - выдающегося ученого в области физики горения и взрыва, основоположника метода СВС.

Сборник содержит оригинальные научные статьи, в том числе концептуального характера, обобщающие результаты теоретических и экспериментальных исследований в области твердопламенного горения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Обсуждаются проблемы, относящиеся к феноменологии послойного горения и теплового взрыва при воздействии различных физических факторов: механической активации, удара, пластической деформации, а также обнаруженные недавно явления излучения при протекании процесса СВС. Представлены различные научно-технические разработки в области СВС, связанные с созданием новых материалов, в основном керамических, и технологий их получения. Ряд статей посвящен исследованиям в смежных областях: горению и переработке газов в СВС-конвертере, механохимическому синтезу и свойствам нанопорошков и др. представляет интерес для специалистов в области СВС и других областей (металлургии, технологического горения, химического синтеза и материаловедения). Предназначен для научных сотрудников, инженеров, технологов, преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области неорганической химии, химической физики, структурной макрокинетики и металлургии, особенно порошковой.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследовали фазовый состав и структуру интерметаллида Ni3Al, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза под давлением. Экспериментально установлено, что структура СВС интерметаллида по своим интегральным характеристикам близка структуре литого интерметаллида. Фазовый состав материала стехнометрического состава представлен фазами Ni3Al, микровключениями NiAl и твердым раствором алюминия в никеле.

Представлены результаты исследования фазового состава, структуры и прочностных свойств пористых материалов на основе Ti3SiC2. Установлено, что механизм деформации и разрушения пористого композита Ti3SiC2 — 15 об. % TiC обусловлен меж- и внутризеренным микрорасслоениями. В процессе циклического нагружения сжатием до деформации менее 1.45 % образцы восстанавливают первоначальную форму.

Монография посвящена процессам горения, которые используются для прямого синтеза материалов. В книге проведены анализ и обощение экспериментальных и теоретических результатов за весь период существования самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Рассмотрены центральные вопросы нового научного направления, зародившегося на стыке физической химии и физического материаловедения, - структурной макрокинетики; возможности использования особенностей СВС для получения конкурентноспособных продуктов и материалов. Книга адресована ученым, а также аспирантам, студентам и всем читателям, интересующимся современной наукой и технологиями.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошковой смеси состава (Ni+24ат.%Al+0.5ат.%В) при совмещении с пластической деформацией продукта синтеза получен пластичный и прочный сплав. Методами рентгеновской дифрактомерии, оптической металлографии, растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сплава. Показано, что увеличение пластичности сплава обусловлено образованием полифазной и разнообразной по типу микроструктуры - крупнокристаллической эвтектики (y+y) вперемежку с нанокристаллической структурой смеси фаз: y, NiAl, Al3Ni, Ni2Al3.

Представлены сведения об основных параметрах математических моделей горения материалов в различных режимах. Впервые показано, что учет термодинамических и кинетических характеристик фазовых переходов, сопровождаемых химическими реакциями, позволяет объяснить и описать особенности горения материалов, а также их отличие от горения газовых смесей и перехода горения в детонацию. Для инженеров и научных работников, специализирующихся в области физики и теории горения и взрыва.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni-Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

Исследованы температурные зависимости прочности, пластичности и механизма разрушения интерметаллических соединений Ni-24 ат.% Al и Ni-24 ат.% Al +0,1 вес.% В, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из порошковых смесей чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением. Проведен анализ влияния когезивной прочности границ зерен интерметаллида на температурную зависимость его прочности.

В рамках математической модели самораспространяющегося высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистых элементов рассмотрено влияние процесса зародышеобразования интерметаллической фазы на поверхностях раздела никеля с алюминием на температуру и время воспламенения порошковой смеси. Исследована зависимость скорости образования интерметаллида от дисперсности никелевых частиц порошковой смеси и мощности внешнего источника нагрева.

Изучено влияние состава материала, давления прессования и температуры спекания на фазовый состав, плотность, прочность и электрическое сопротивление пористых проницаемых элементов систем TiC-Al2O3, и TiC-ZrO2 TiC-TiO2.

Методами оптической металлографии, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рентгеновской дифрактометрии исследована микроструктура и фазовый состав интерметаллического соединения Ni3Al, полученного высокотемпературным синтезом под давлением. Показано, что структура интерметаллида состоит из дендритных зерен и междендритных прослоек. Пластическая деформация продукта синтеза в процессе формирования интерметаллида приводит к росту анизотропных дендритных зерне и появлению областей с модулированной структурой в междендритных прослойках. Наблюдаемые структурные изменения сопровождаются повышением предела текучести и уменьшением пластичности интерметаллида.

Получены порошковые нанокомпозиты Cu-TiB2. Cu-Ni-TiB2 c использованием механической активации (МА) в планетарной шаровой мельнице и последующего самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Для компактирования порошковых нанокомпозитов был использован метод спекания в плазме электроискрового разряда. Изучены структура и механические свойства спеченных нанокомпозитов при сжатии.

В книге рассматриваются вопросы влияния предварительной механоактивации (МА) реакционной шихты на процессы фазо- и структурообразования порошковых материалов при самораспространяющемся высокотемпретурном синтезе (СВС). Выполнен систематический анализ имеющихся результатов и изложены существующие представления о механизме этого влияния. На большом количестве примеров рассматриваются особенности фазо- и структурообразования при механоактивируемом самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (МАСВС). Книга предназначена для широкого круга специалистов: исследователей, студентов, инженеров и производственников, занимающихся разработкой получением новых материалов с уникальными свойствами методов СВС, а также исследованиями в области порошковой металлургии, композиционных материалов и покрытий.

Термографическим и рентгенофазовым методами исследован процесс высокоемпературного синтеза интерметаллических композиционных материаловна основе алюминида никеля Ni3Al, проходящий в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистыхжелментов синертными наполнителем. Исследовано влияние инертного компонента а фазовый состав конечного процукта реакции синтеза. Предполагается, что конечный продукт образуется путем ракционной диффузии на стадииостывания термореагирующей порошковой ситсемы. Проведены оценки термокинетических постоянных процессов формиования фаз NiAl и Ni3Al. Определены области оптимальных режимов высокотемпературного синтеза интерметталлического соединения Ni3Al.

В книге опубликованы статьи концептуального характера ведущих ученых мира в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в которых отражен взгляд автора на состояние и перспективы развития данной области и ее основных направлений. Рассматриваются проблемы, относящиеся к научным основам СВС (закономерности и механизм горения, экспериментальная диагностика и математическое моделирование), технологии и оборудованию, материалам и материаловедению, экологии, безопасности и техническим приложениям. Книга представляет интерес для специалистов в области химии и химической промышленности, технологии материалов и материаловедения, металлургии и пиротехники.

Монография посвящена механохимическому синтезу металлических соединений. Особое внимание уделено высокотемпературному механохимическому синтезу металлоподобных тугоплавких соединений в многокомпонентных системах. Описаны различные механизмы механохимического синтеза тугоплавких соединений. Рассмотрена макро- и микроструктура порошков тугоплавких соединений и сплавов на их основе. полученных по технологии высокотемпературного и низкотемпературного механохимического синтеза. Книга предназначена для студентов, научных и инженерно-технических работников. специалистов, занятых разработками и исследованием новых материалов.

В учебном пособии рассмотрены общие и специальные вопросы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) как технологического метода получения органических и неорганических соединений и композиционных материалов. Изложены теоретические основы СВС, закономерности и механизмы горения и структурообразования в СВС-системах. Рассмотрены термодинамические и кинетические аспекты взаимодействия компонентов при синтезе новых материалов в режиме горения. Представлены данные об основных шести технологических типах процессов производства порошков неорганических соединений, керамических материалов и изделий, новых керамико-металлических материалов, литых тугоплавких соединений, наплавок и покрытий. Приведены сведения о структуре, свойствах и применении новых композиционных материалов. Уделено внимание лабораторным установкам для экспериментального исследования процессов СВС и оборудованию для промышленной реализации СВС-технологий. Учебник рассчитан на студентов высших учебных заведений, специализирующихся в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза по специальностям «Физико-химические методы исследований процессов и материалов», «Композиционные и порошковые материалы и покрытия», и может быть полезен аспирантам и инженерно-техническим работникам металлургического и машиностроительного производства, а также студентам, изучающим металловедение и термическую обработку металлов, обработку металлов давлением, металлургию и литейное производство черных и цветных металлов.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Предложена модель, описывающая распространение фронта превращения в случае обобщенного плоского напряженного состояния, типичного для технологических условий синтеза покрытий на подложке, с учетом связанного характера процессов теплопереноса и деформирования в отсутствие внешнего механического нагружения. В приближении узкого фронта превращения получено стационарное решение. Выделены области параметров модели, в которых изменения температуры продуктов реакции и компонент тензоров напряжений и деформаций имеют различный характер.

Экспериментальными и численными методами исследован процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва под давлением порошковой смеси никеля с алюминием стехиометрического состава. Проведен анализ расчетных и экспериментальных термограмм СВС интерметаллического соединения и зависимости от температуры предварительного нагрева порошковой смеси и величины внешнего давления.

С применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены композиционные порошки «карбид титана – связка из высокохромистого чугуна или быстрорежущей стали Р6М5». Электронно-лучевые покрытия, наплавленные синтезированными порошками, исследованы методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Обсуждено влияние микроструктуры и фазового состава, а также объемного содержания и морфологии карбидной фазы в наплавленных покрытиях на их твердость и абразивную износостойкость.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

В работе изучено влияние состава материала, давления прессования, температуры и времени спекания на фазовый состав, плотность, прочность и электрическое сопротивление пористых проницаемых элементов систем TiC –Al2O3, TiC –ZrO2 и TiC –TiO2. Показано, что величина открытой пористости для систем TiC –Al2O3 и TiC –TiO2 изменяется в интервале 75...85 % от общего объема пор, предел прочности достигает значений 25...35 МПа, а удельное электрическое сопротивление равно (1...10) x 10–4 Ом x м.??.

Предложена математическая модель неизотермической диффузии азота в поверхностном слое металлокерамического сплава на основе карбида титана с Ni-Cr связующим за время действия одиночного импульса облучения мощным электронным пучком. Показано, что в результате такой обработки образуется диффузионная зона с концентрацией азота 1,5-2,0 ат.%.

В монографии систематизирован и обобщен большой экспериментальный материал по механохимическому синтезу в металлических системах за последние пятнадцать лет. Рассмотрены основные модельные представления о механизмах этого процесса. Впервые проведен анализ литературных данных по механохимическому взаимодействию твердого металла с жидким металлом. Показана роль механокомпозитов в механохимическом синтезе и возможность их применения в качестве прекурсоров для термического синтеза, в том числе и для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Книга предназначена специалистам, работающим в области механохимии, механического сплавления, порошковой металлургии и т. п.

Исследован эффект модифицирования структуры высокохромистого белого чугуна добавкой дисперсного порошкового карбида титана при спекании и электронно-лучевой наплавке. Наиболее сильное измельчение структуры, сопровождаемое ростом твердости, наблюдается для чугуна доэвтектического состава. Наибольшую твердость имеют спеченные композиты карбид титана - высокохромистый чугун. Относительно меньшая твердость наплавленных композиционных покрытий аналогичного состава объясняется вакуумной очисткой наплавочной ванны от примесей внедрения.

Исследованы композиционные покрытия "карбид титана - сплав на основе железа", нанесенные методом электронно-лучевой наплавки. Структура наплавленных покрытий подобна структуре спеченных карбидосталей, причем стальная связка закаливается в процессе нанесения покрытия, что обеспечивает дополнительное повышение его твердости.

Методом остаточной прочности исследована термостойкость спеченных металлокерамических композиционных материалов на основе TiC. Обнаружена сильная зависимость термостойкости и коэффициента вариации остаточной прочности от химического состава металлической связки и объемной доли карбидной фазы в материале. Сделан вывод об определяющем значении для термостойкости композиционных материалов величины сжимающих напряжений в объеме материала, которая, в свою очередь, определяется разностью коэффициентов термического расширения карбидной и металлической фазы.

Исследованы структура и свойства композиционных порошковых покрытий на основе карбида титана, нанесенных методом электронно-лучевой наплавки. Показано, что технология электронно-лучевой наплавки порошка на основе никеля и карбида титана позволяет получать высококачественные износостойкие покрытия, превосходящие по плотности и твердости покрытия, полученные напылением и оплавлением. Изменения объемной доли упрочняющей фазы и химического состава металлической матрицы позволяют контролировать твердость покрытия.

Проведено исследование морфологии частиц, удельной поверхности и тонкой кристаллической структуры порошков диоксида циркония и карбида титана, подвергнутых механической активации в шаровой мельнице, и свойств керамических композиционных материалов на их основе. Установлено, что максимальную плотность образцов после спекания позволяет получить не совместная, а раздельная механическая обработка порошков Zr02(Y203) и TiC. При этом добавка 15 % TiC позволяет получить минимальную пористость около 1 % и максимальную твердость 12,5 ГПа. В приграничной области между матрицей и упрочнителем происходит диффузионное взаимодействие с образованием сложного оксикарбида.

Трение микрогетерогенных композитов на основе TiC проведено при нагрузке выше 100 МПа в смазочной среде. Скольжение металлических электроконтактных материалов осуществлено при плотности тока выше 100 А/см2 без смазки. Показано, что при высоких нагрузках давлением или электрическим током износ поверхности трения увеличивается при увеличении количества легирующих атомов или числа фаз в первичной структуре материала.

Выполнены сравнительные исследования покрытий из быстрорежущей стали и керметного порошка на ее основе с содержанием 50 об.% упрочняющей карбидной фазы TiC. Покрытия формировали Ar-N2 плазмой с местной защитой из порошков с размерами частиц от 25 до 55 мкм. Показано, что содержание фазы TiC в покрытии сохраняется, однако период решетки этой фазы снижается с 0,43212 нм для порошка до 0,43035 нм в покрытии из-за изменения содержания углерода, кислорода и азота, В результате плазменного напыления порошка 50 об. % TiC - Р6М5 среднее содержание углерода в покрытии уменьшается с 7,83 до 6,74 масс. %. Содержание кислорода в керметном покрытии увеличивается до 2,8 масс. % по сравнению с 0,8 масс. % в исходном порошке. Содержание азота также увеличивается с 0,05 до 0,89 масс. %. Микротвердость частиц исходных порошков быстрорежущей стали составляет 8,91 ГПа, а картмета 50 об. % TiC - Р6М5 — 9,5 ГПа. Значение микротвердости керметного покрытия, 11,0 ГПа, соответствует расчетному значению, полученному по правилу смесей, при микротвердости покрытия из стали Р6М5 6,64 ГПа.

Представлена математическая модель формирования и эволюции зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al при высокотемпературном синтезе из порошковой смеси чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением и при экструзии продукта высокотемпературного синтеза.