ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСКРЕТНО-УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu- Ni-TiC С ДОБАВЛЕНИЕМ ГАЛОИДНЫХ СОЛЕЙ Na2TiF6 И Na3AlF6

ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСКРЕТНО-УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Ni-TiC С ДОБАВЛЕНИЕМ ГАЛОИДНЫХ СОЛЕЙ Na2TiF6 И

NasAlF6

Махонина Ю.В. студент, Луц А.Р.

Самарский государственный технический университет, Самара DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10044

Сплавы на алюминиевой основе нашли применение в космической, авиационной и многих гражданских отраслях промышленности и на сегодняшний день занимают второе место в мире по объемам производства. Однако, проблема повышения механических и эксплуатационных свойств алюминиевых сплавов по сей день остается немаловажной.

В последние годы проявляется повышенный интерес к алюминиевым сплавам, армированным частицами высокодисперсной фазы карбида титана TiC. Такие сплавы при небольшом содержании армирующей фазы могут применяться в качестве эффективных модифицирующих лигатур алюминиевых сплавов, а при повышенном содержании - в качестве дискретно упрочненных алюмоматричных композиционных материалов с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств. Однако возможности оптимизации свойств таких сплавов за счет варьирования технологическими параметрами в значительной мере исчерпаны, поэтому в данный момент наблюдается тенденция к усложнению состава композиционных сплавов за счет введения легирующих элементов. В данной работе представлен анализ основных термодинамических параметров синтеза композиционного сплава Al-5%Cu-4%Ni-10%TiC, произведенный с применением комплекса программ "THERMO", разработанного в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова. Поскольку в предыдущих исследованиях была показана необходимость применения в СВС-процессах рафинирующих солей [1], расчеты в данной системе производились с учетом добавки солей Na3AlF6 и Na2TiF6 в количестве 0,5; 1; 2; 5 и 10% от массы шихты.

Изменение адиабатической температуры.

Анализ полученных результатов (рис. 1) показал, что с увеличением первоначальной температуры расплава наблюдается повышение и адиабатической температуры системы. Однако соль Na2TiF6 приводит к чуть большему повышению температуры системы, особенно при добавлении ее в максимальном количестве - 10 масс. %. Рекомендуемая начальная температура расплава для проведения синтеза, позволяющая избежать спекания, - 1177 К.

Рис. 1. Термодинамический анализ изменения адиабатической температуры.

Образование побочных фаз.

При начальных температурах в системе наблюдается образование побочных фаз А14С3 и А13Т1. Однако уже при температуре 473 К в системе с солями КазАШб и Ка2Т1Еб происходит распад этих соединений (рис. 2).

Рис. 2. Термодинамический анализ изменения количества побочных фаз.

Состав и количество выделяющихся газообразных соединений.

При добавлении 0,5% солей в обоих случаях образуются газообразные АШ, КазАЬБм (хиолит), КаАШ4. Очевидно, в связи с тем, что КазАШб имеет большую температуру плавления, некоторое количество этого соединения еще присутствует при начальных исследуемых температурах, но полностью исчезает при температуре расплава 1273 К, в то время как соединение Ка2Т1Рб в первоначальном состоянии не фиксируется уже при 373 К. Следует отметить, что при использовании КазАШб в чуть большем количестве присутствует газообразный а при использовании Ка2Т1Рб - А1Б. При добавлении 1% солей

в обоих случаях присутствует тот же набор газообразных соединений, но в случае с солью Na2TiF6 появляется еще один рафинирующий компонент - AlF3. При добавлении 2% солей также сохраняется первоначальный состав компонентов, увеличивается лишь их количество. При добавлении 5% солей в обоих случаях выделяется значительно большее количество газообразных соединений; к существовавшим ранее добавляется также NaF и AlF2 -эффективные рафинирующие компоненты, что является благоприятным фактором. При добавлении 10% солей в обоих случаях сохраняется тенденция предыдущего состава, но образующихся газообразных соединений в два раза больше (рис. 3,4). С точки зрения эффективности рафинирования наиболее подходящей концентрацией солей является их добавка в количестве 10%, однако при таком количестве возможно образованием большого количества шлака, это негативно сказывается на выходе годного продукта. Поэтому, приняв во внимание все факторы, оптимальное количество солей, рекомендуемое к использованию, составляет 2 или 5% от массы шихты. Обе представленные соли оказывают значительный рафинирующий эффект, однако предпочтение следует отдать соли Na2TiF6, поскольку в случае ее применения образуется несколько большее количество газообразных соединений.

Количество целевой фазы Т1С.

Анализ графиков показывает (рис. 5), что синтез целевой фазы возможен при использовании обеих солей, причем чем меньше процент добавления солей, тем больше количество синтезируемого карбида титана, особенно в присутствии соли ^2^6.

Таким образом, СВС композиционного сплава А1-5%Си-4%М-10%ТЮ рекомендуется проводить при начальной температуре расплава 900°С в присутствии 2% соли Na2TiF6.

Рис. 3. Термодинамический анализ изменения количества газообразных фторсодержащих компонентов с применением галоидной соли №3АШ6.

Рис. 4. Термодинамический анализ изменения количества газообразных фторсодержащих компонентов с применением галоидной соли Ка2Т1Рб.

Рис. 5. Термодинамический анализ изменения количества целевой фазы Т1С.

Список литературы:

1. А.Д. Рыбаков, Ю.В. Махонина, А.Р. Луц, А.П. Амосов. Термодинамический анализ влияния флюсов Ка3АШб и Ка2Т1Рб на синтез карбида титана в составе системы А1-10о%ЛС методом СВС /71 Всерос. науч.-техн. конференция. 18 апреля 2018 г., Ярославль: сб.материалов конф. В. 3 ч. Ч. 2 [Электронный ресурс]. - Ярославль: Издат.дом ЯГТУ, 2018. - 1189 с.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ по проекту № 1748-630695/18.