Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ WC-Fe-Ni ИЗ МИКРОПОРОШКОВ

Сивохин А.Ю. 1 Аль-Сарраджи Весам Рахим Флаех 1 Шелохвостов В.П. 1
1 Тамбовский государственный технический университет
1. Третьяков М.М. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. 2-е изд./ В.М. Третьяков. – М.: «Металлургия». 1976. – 528 с.
2. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. Одри М. Глоэра: пер. с англ.; под ред. В.Н. Верцнера. – Л.: Машиностроение, 1980. – 375 с.

В настоящее время в качестве заменителя WC-Со систем при изготовлении твердых сплавов используется ультрадисперсная система WC-Fe-Ni, которая успешно конкурирует по ряду признаков. В частности, это более дешевый и более технологичный материал, уступающий по твердости на 2-3 HRA. С использование этой системы могут выполняться композиты по схемам порошковой технологии. Перспективным композитом следует считать конструкционную сталь с твердосплавными вставками, формирующими контактные пары трения. Развитие этого направления сдерживается крайне малой информацией по составам систем, процессам компактирования, режимам спекания.

В этой связи поставлена задача исследования поведения исходных компонентов указанной системы в процессе нагрева. При этом использовались карбонильные порошки железа и никеля.

Исследовали исходные карбонильные радиотехнические порошки железа марки Р10 (ГОСТ13610-79) и никеля марки ПНК-ОТ1 (ГОСТ 9722-97) , поскольку они являются, сами по себе, сложными системами. Так, карбонильное железо и никель с гранулометрическим однородным составом и размерами частиц порядка 1,0 мкм содержат 0,96–1,0 % углерода в виде наноразмерных слоев, разделяющих тонкие металлические сферы в каждой частице. по литературным данным [1] при нагреве происходят существенные изменения с превращением микроразмерных частиц в наноразмерные.

Для выявления картины превращений производили поэтапное разложения железа Р10. При этом навеску карбонильного порошка в течение 15 минут нагревали в кварцевом реакторе с водородной атмосферой до различных температур и охлаждали без выдержки. Отжиг проводился при температурах 150, 250, 350, 400, 450, 500 и 550°С. для описании поведения системы использовались: начальная масса GН, конечная масса (после нагрева) GК, абсолютное изменение массы ∆G, коэффициент изменения массы µ = GК/ GН, относительное изменение массы δ= (∆ G/ GН)100 %. Численные значения указанных параметров приведены в таблице. Как следует из таблицы, изменение массы порошка имеет нелинейный характер.

Для большей наглядности на графике (рис. 1) приведена зависимость коэффициента изменения массы от температуры отжига. Минимумы значений при температурах 250 и 400°С, выше температуры 450°С коэффициент непрерывно уменьшается. Критические точки связаны с переходами системы к различным модификациям.

Для выяснения причин такого поведения исследовали электронную структуру порошков после отжига [2]. Структуры для критических точек на графике (рис. 1) приведены на рис. 2.

Параметры отжига карбонилов в среде водорода

Температура нагрева, °С/ время, мин

150/15

250/15

350/15

400/15

450/15

500/15

550/15

Начальная масса GН, гр

1.001

0.575

0.545

0,538

0,522

0,594

0.795

Масса после нагрева GК, гр

0.882

0.497

0.532

0.504

0.519

0.569

0.718

Абсолютное изменение массы, ∆ G, гр

0.119

0.078

0.013

0,034

0.003

0.025

0.077

Коэффициент изменения массы, µ = GК/ GН

0.88

0.86

0.97

0.93

0.99

0.95

0.90

Относительное изменение массы, δ= (∆ G/ GН)100 %

11.88

13.56

2.38

6.3

0.57

4.20

9.68

teh57.tiff

Рис. 1. График изменения массы карбонильного железа при отжиге

teh58.tiff

Рис. 2. Структура карбонильного железа после отжига при температурах: а – 150; б – 250; в – 350; г – 50-500; д-550°С

Показано, что в интервале 150 – 200°С структура (рис. 2а) практически не изменяется. При температуре 250°С видно (рис. 2б), что структура состоит из исходных частиц и частично претерпевает распад. Следует полагать, что увеличение коэффициента изменения массы связано именно с этим процессом, последующие изменения определяются процессами окисления и коагуляции (рис. 2в, 2г, 2д).

Выводы

Исследовано поведение карбонильного железа при нагреве в интервале 150–550°С. Выявлены структурные изменения карбонильного железа, связанные с распадом частиц и окислением продуктов распада.

Показано, что размеры образующихся конечных частиц имеют наноразмерные величины (40–60 нм).


Библиографическая ссылка

Сивохин А.Ю., Аль-Сарраджи Весам Рахим Флаех, Шелохвостов В.П. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ WC-Fe-Ni ИЗ МИКРОПОРОШКОВ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-1.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=12040 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074