UPROChNENIE NIKELYa MALYMI KOLIChESTVAMI NANOChASTITs SiC

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Структуру композитов с улучшенными механическими свойствами состава Ni-ySiC (y = 0,001, 0,005 и 0,015 мас.%), приготовленных путем механической активации и искрового плазменного спекания, исследовали средствами растрового и просвечивающего электронного микроскопов и рентгеновской дифракции. Плотность спеченных образцов определяли методом гидростатического взвешивания. Испытания на изгиб проводили методом трехточечного изгиба при 25 и 400 °C, а модуль Юнга определяли ультразвуковым методом при температурах 25, 400, 750 °C. Термодинамическое моделирование показало, что при формировании материала искровым плазменным методом на межфазном слое между матрицей и наночастицей возможно выделение силицидов никеля. На границах зерен никеля выявлен пироуглерод, который мог сформироваться при выделении из никеля при спекании в результате попадания углеродсодержащего компонента в поры. Материал, содержащий 0,001 мас.% SiC, имел прочность на изгиб выше на 115% при 20 °C и на 86% при 400 °C, чем никель, спеченный без добавок.

Sobre autores

L. Agureev

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”

Email: trynano@gmail.com
Москва

S. Savushkina

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”; ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Москва; Москва

I. Laptev

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”

Москва

E. Danilina

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”

Москва

S. Ivanova

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”

Москва

A. Ashmarin

АО ГНЦ РФ “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”

Москва

Bibliografia

  1. Логунов, А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин / А.В. Логунов. — М. : Московские учебники, 2018. 592 с.
  2. Reed, R.C. The superalloys. Fundamentals and applications / R.C. Reed. — Cambridge : University Press, 2006. 372 p.
  3. Bruckart, W.L. Cladding of molybdenum for service in air at elevated temperature / W.L. Bruckart, R.I. Jaffee // Trans. Amer. Soc. Metals. 1952. V.44. P.44.
  4. Lurie, S. Multiscale modelling of aluminium-based metal-matrix composites with oxide nanoinclusions / S. Lurie, D. Volkov-Bogorodskiy, Y. Solyaev, R. Rizahanov, L. Agureev // Comput. Mater. Sci. 2016. V.116. P.62—73.
  5. Kostikov, V.I. Development of nanoparticle-reinforced alumocomposites for rocket-space engineering / V.I. Kostikov, L.E. Agureev, Zh.V. Eremeeva // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. №56 (3). P.325—328.
  6. Sharma, A. Effect of ZrO nanoparticles on the microstructure of Al-Si-Cu filler for low-temperature Al brazing applications / A. Sharma, M.-H. Roh, D.-H. Jung, J.-P. Jung // Metallurg. Mater. Trans. A . 2016. V.47A. P.510—521.
  7. Spark plasma sintering of materials. Advances in processing and applications / ed. P. Cavaliere. — Springer Nature Switzerland AG, 2019. 767 p.
  8. Borkar, T. Influence of spark plasma sintering (SPS) processing parameters on microstructure and mechanical properties of nickel / T. Borkar, R. Banerjee // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V.618. P.176—181.
  9. Zhao, Y. High tensile ductility and strength in bulk nanostructured nickel / Y. Zhao, T. Topping, J.F. Bingert [et al.] // Advanc. Mater. 2008. V.20. P.3028—3033.
  10. Naimi, F. Dense nanostructured nickel produced by SPS from mechanically activated powders : Enhancement of mechanical properties / F. Naimi, L. Minier, S. Le Gallet [et al.] // J. Nanomater. 2013. V.1. 11 p.
  11. Nakada, Y. Solid-solution strengthening in Ni-C alloys / Y. Nakada, A.S. Keh // Metallurg. Trans. 1971. V.2. P.441—447.
  12. Portnoi, V.K. Formation of nickel carbide in the course of deformation treatment of Ni-C mixtures / V.K. Portnoi, A.V. Leonov, S.N. Mudretsova, S.A. Fedotov // The Physics of Metals and Metallography. 2010. V.109. №2. P.153—161.
  13. Tokumitsu, K. Formation of HCP solid solution in the Ni-C System by mechanical alloying / K. Tokumitsu, M. Umemoto // J. Metastable and Nanocrystalline Mater. 2003. V.15—16. P.463—468.
  14. Tushar Borkar. Influence of spark plasma sintering (SPS) processing parameters on microstructure and mechanical properties of nickel / Tushar Borkar, Rajarshi Banerjee // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V.618. P.176—181.
  15. Honeycombe, R.W.K. The plastic deformation of metals / R.W.K. Honeycombe ; ed. 2nd. — Melbourne : Edward Arnold Publ., 1984. 177 p.
  16. Fleischer, R.L. Substitutional solution hardening / R.L. Fleischer //Acta Metallurgica. 1963. V.11. P.203—209.
  17. Corthay, S. Ni/h-BN composites with high strength and ductility / S. Corthay, M.K. Kutzhanov, U.U. Narzulloev, A.S. Konopatsky, A.T. Matveev, D.V. Shtansky // Mater. Lett. 2022. V.308. Pt.B. Art.131285.
  18. Xie, R. Dispersed SiC nanoparticles in Ni observed by ultra-small-angle X-ray scattering / Xie R., Ilavsky J., Huang H. F., Zhou X.L., Yang C., Wang Y. Z., Xu H.J. // J. Appl. Crystallography. 2022. V.49. №6. P.2155—2160.
  19. Agureev, L. Influence of alumina nanofibers sintered by the spark plasma method on nickel mechanical properties / L. Agureev, V. Kostikov, Z. Eremeeva, S. Savushkina, B. Ivanov, D. Khmelenin, G. Belov, Y. Solyaev // Metals. 2021. V.11. P.548.
  20. Chuvil’deev, V.N. Non-equilibrium grain boundaries. Theory and its applications for describing nanoand microcrystalline materials processed by ECAP / V.N. Chuvil’deev, V.I. Kopylov, W. Zeiger // Annales de Chimie : Sci. Mater. 2002. V.27. №3. P.55—64.
  21. Ohji, T. Particle/matrix interface and its role in creep inhibition in aluminasilicon carbide nanocomposites / T. Ohji, T. Hirano, A. Nakahira, K. Niihara // J. Amer. Ceram. Soc. 1996. V.79. P.33—45.
  22. Григорович, В.К. Дисперсионное упрочнение тугоплавких металлов / В.К. Григорович, Е.Н. Шефтель. — М. : Наука, 1980.
  23. Gottstein, G. Physical foundations of materials science / G. Gottstein. — Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2004. 502 p.
  24. Thompson, A.W. Substructure strengthening mechanisms / A.W. Thompson // Met. Trans. 1977. V.8A. №6. P.833—842.
  25. Lugovskoi,Yu.F. Effect of structure on the fatigue strength of dispersion-hardened condensated based on copper II. Analysis of the first coefficient of the Mott—Stroh relation / Yu.F. Lugovskoi // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 1998. V.37. P.432— 437.
  26. Тайра, С. Теория высокотемпературной прочности материалов / С. Тайра, Р. Отани. — М. : Металлургия, 1986.
  27. Sinaiskii, M.A. Extended characteristics of dispersed composition for nanopowders of plasmachemical synthesis / M.A. Sinaiskii, A.V. Samokhin, N.V. Alekseev, Yu.V. Tsvetkov // Nanotechnol. Russia. 2016. V.11. P.805—814.
  28. Portnoi, V.K. Formation of nickel carbide in the course of deformation treatment of Ni-C mixtures / V.K. Portnoi, A.V. Leonov, S.N. Mudretsova, S.A. Fedotov // The Physics of Metals and Metallography. 2010. V.109. №2. P.153—161.
  29. Bourrat, X. Low temperature pyrocarbons : A review / X. Bourrat, F. Langlais, G. Chollon, G.L. Vignoles // J. Braz. Chem. Soc. 2006. V.17. №6. P.1090—1095.
  30. Zhou, G. The interpretation of X-ray diffraction from the pyrocarbon in carbon/carbon composites with comparison of TEM observations / Zhou G., Yu S., He L., Guo Q., Ye H. // Philosoph. Mag. 2012. V.92. №10. P.1198—1211.
  31. Belov, G.V. Simulation of equilibrium states of thermodynamic systems using IVTANTERMO for Windows / G.V. Belov, V.S. Iorish, V.S. Yungman // High Temperature. 2000. V.38. №2. P.191—196.
  32. Belov, G.V. IVTANTERMO for Windows — database on thermodynamic properties and related software / G.V. Belov, V.S. Iorish, V.S. Yungman // Calphad. 1999. V.23. №2. P.173—180.
  33. Bachli, A. Nickel film on (001) SiC : thermally induced reactions / A. Bachli, M.A. Nicolet, L. Baud, C. Jaussaud, R. Madar // Mater. Sci. Eng. B. 1998. V.56. P.11—23.
  34. Shi, H. Interfacial reaction mechanism of SiC joints joined by pure nickel foil / Shi H., Chai Y., Li N., Yan J., Zhu X., Chen K. [et al.] // J. European Ceram. Soc. 2020. V.40. №15. P.5162—5171.
  35. Lim, C.S. Interfacial reaction and adhesion between SiC and thin sputtered nickel films / Lim C.S., Nickel H., Naoumidis A., Gyarmati E. // J. Mater. Sci. 1997. V.32. №24. P.6567—6572.
  36. Chmielewski, M. Microstructural evolution of Ni-SiC composites manufactured by spark plasma sintering / M. Chmielewski, R. Zybala, A. Strojny-Nedza [et al.] // Met. Mater. Trans. 2023. V.A54. P.2191—2207.
  37. Карпинос, Д.М. Новые композиционные материалы / Д.М. Карпинос, Л.И. Тучинский, Л.Р. Вишняков. Киев : Вища школа, 1977. 310 с.
  38. Портной, К.И. Дисперсно-упрочненные материалы / К.И. Портной, Б.Н. Бабич. — М. : Металлургия, 1974. 294 с.
  39. Структура и механические свойства металлов / пер. с англ. Либерова Ю.П., Фридмана З.Г. ; под ред. В.А. Алексеева. — М. : Металлургия, 1967. 383 с.
  40. Yang, C. Microstructures and tensile properties of ultrafine grained Ni-(1—3,5) wt.% SiCNP composites prepared by a powder metallurgy route / Yang C., Huang H.-F., Reyes M., Yan L., Zhou X.-T., Xia T., Zhang D.-L. // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2015. V.28. №7. P.809—816.
  41. Maweja, K. Alloying and microstructural changes in platinum–titanium milled and annealed powders / K. Maweja, M. Phasha, Y. Yamabe-Mitarai // J. Alloy. Compd. 2012. V.523. P.167—175.
  42. Rosenberg, S.J. Nickel and its alloys / S.J. Rosenberg. Washington : National Bureau of Standards, 1968. P.106.
  43. Гольдшейн, М.И. Металлофизика высокопрочных сплавов : учебник / М.И. Гольдштейн, В.С. Литвинов, М.Ф. Бронфин. — М. : Металлургия, 1986. 312 с.
  44. Lurie, S. Interphase layer theory and application in the mechanics of composite materials / S. Lurie, P. Belov, D. Volkov-Bogorodsky, N. Tuchkova // J. Mater. Sci. 2006. V.41. P.6693—6707.
  45. Ramakrishnan, P. Influence of thin oxide films on the mechanical properties of sintered metal-powder compacts / P. Ramakrishnan, G.S. Tendolkar // Powder Metall. 1964. V.7. P.34—49.
  46. Xie, G. Behavior of oxide film at the interface between particles in sintered Al powders by pulse electric-current sintering / Xie G., Ohashi O., Song M., Furuya K., Noda T. // Metall. Mater. Trans. A. 2003. V.34A. P.699—703.
  47. Nagae, T. Effects of pulse current on an aluminum powder oxide layer during pulse current pressure sintering / T. Nagae, M. Yokota, M. Nose, S. Tomida, T. Kamiya, S. Saji // Mater. Trans. 2002. V.43. P.1390—1397.
  48. Dagan, G. Passivation of permalloy thin films. II. In situ characterization of the oxide layer by photoelectrochemical and impedance measurements / G. Dagan, W.-M. Shen, M. Tomkiewicz // J. Electrochem. Soc. 1992. V.139. P.1855—1861.
  49. Sikora, E. Nature of the passive film on nickel / E. Sikora, D.D. Macdonald // Electrochim. Acta. 2002. V.48. P.69—77.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024