Введение к работе
Актуальность проблемы.
Концепция направленного получения методом СВ-синтеза дисперсных материалов на основе интерметаллических соединений, а также нанесения ими защитных слоев на металлы и сплавы, по структурно-механических свойствам не уступающим промышленным аналогам является актуальной для современного производства
Система Ті-АІ рассматривается в настоящее время многими исследователями как весьма перспективная для получения сплавов и покрытий с высоким уровнем эксплуатационных свойств в части сопротивления окислению и термическим нагрузкам. Принципиальная возможное і ь получения интерметаллидов одним из самых простых и прогрессивных методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), делают материалы системы Ті-АІ привлекательным объектом исследований.
Проблема управления структурой целевых материалов как способа оптимизации эксплуатационных параметров сплавов представляет собой актуальную проблему прикладного материаловедения. Для выявления особенностей реагирования исходных веществ в волне горения СВС и углубления представлений о происходящих процессах важное значение имеет получение достоверной информации В настоящее время основными направлениями в исследовании процессов горения гетерогенных систем являются: - исследование микроструктуры волны горения; - исследование динамики формирования продуктов горения. Для дет ального описания механизмов структурообразования в процессе СВ-синтеза и степени воздействия низкотемпературной плазмы в процессе нанесения покрытий полученными СВС-порошками необходимо развивать новые методы исследований.
Целью исследований является разрабочка методов исследований, позволяющих описать механизм структурообразования в процессе СВ-синтеза и оценить воздействие низкотемпературной плазмы на структурно-фазовые изменения СВС-материалов. Задачи исследования:
Разработка высокоскоростных методов оптической пирометрии для изучения особенностей СВ-синтеа и низкотемпературной плазме.
Построение качественных моделей взаимодействия в системах Ni-AI, Ni-Al-Ti и Ті-АІ, базирующихся на сопоставлении профилей тепловых волн зоны реакции с результатами анализа структуры и фазового состава продуктов
Исследование структуры и фазового состава продуктов СВ-синтеза в базовой системе Ті-АІ с добавлением легирующих элементов (Ni, Fe, Сг, С).
Экспериментальные исследования структурно - фазовых изменений покрытий из легированных СВС-материалов, полученных методом плазменного напыления.
Научная новизна результатов исследований:
-
Разработана методика сопоставления тепловых профилей волны горения бинарных систем с легирующим элементом, полученных с помощью высокоскоростной яркостной пирометрии, с фазовыми диаграммами состояния, позволившая обосновать качественные модели структурообразования в продуктах СВ-синтеза.
-
Установлено существование двух типов механизма взаимодействия, обусловленных взаимной растворимостью компонентов в твердой и жидкой фазе, а также соотношением направлений кинетического (растекание) и химического (фазообразование) транспорта вещества в реакционной зоне.
-
Построены качественные модели взаимодействия компонентов в легированных системах, установлены закономерности влияния легирующих элементов на структуру и фазовый состав продуктов синтеза.
-
Установлены закономерности наследственности структуры и фазового состава плазменных покрытий по отношению к соответствующим параметрам наносимого дисперсного СВС- материала
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы экспериментальной физики, физики конденсированного состояния, методы металлографических исследований и электронной микроскопии, методы оптической и электронной микропирометрии, методы обработки цифровых изображений, методы физико-механических испытаний, методы математической статистики и обработки экспериментальных данных.
Практическая ценность работы: Разработанные в диссертационной работе экспериментальные методы использовались для полученния методом СВ-синтеза целевых продуктов в бинарных и тройных реакционных системах на основе титана, имеющих прикладное значение как дисперсные материалы интерме-таллидного класса для нанесения защитных покрытий, а также для исследования тепловой структуры волны горения при оптимизации теплофизических параметров в технологии производства СВС-фильтров на АО «НЗХК» (г.Новосибирск).
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
-
Методика сопоставления фазовых диаграмм состояния бинарных систем с легирующим элементом с термограммами горения, полученными с использованием высокоскоростной яркостнои пирометрии в составе экспериментального комплекса, обеспечивающего регистрацию поля температур в волне горения СВ-синтеза.
-
Существование двух типов механизмов взаимодействия в процессе синтеза в бинарных и тройных СВС-системах.
-
Качественная модель структурообразования в процессе легирования базовой бинарной системы элементами IV подгруппы и углеродом.
4. Влияние низкотемпературной плазмы на структуру и фазовый
состав СВС-материалов при напылении.
Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 24 публикациях в виде монографии, научных статей в периодической печати и трудах конференций.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на международных и российских конференциях и симпозиумах: Международная научно-техническая конференция «Проблемы промышленных СВС-технологий», АлтГТУ, Барнаул. 1994, Российская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии», МГАТУ, Москва, 1994, Всероссийская научно-техническая конференция «Создание защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных потоков энергии», АлтГТУ, Барнаул, 1996, Всероссийская научно-техническая конференция «Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред», АГУ, 1996, Всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов», Москва, 2002, VII International Symposium on Self- Propagating High- Temperature Synthesis, Cracow, 2003.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка, список литературы из 1Ю наименований.
