In this paper, the effect of mechanical activation on the grinding of titanium carbide in the composition of a "titanium-titanium carbide" composite metal-ceramic powder was studied. The regimes that make it possible to achieve the refinement of both the powder as a whole and the carbide component are described. The results of microscopy of the obtained powders are presented, including metallography and transmission electron microscopy

Криницын, Максим Германович

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 159  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия    НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЕ КАРБИДНОЙ КЕРАМИКИ В ПРОЦЕССЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ МЕТАЛЛО-КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ М.Г. Криницын1,2 Научный руководитель: профессор, д.т.н. М.И. Лернер Национальный исследовательский Томский политехнический университет,  Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, 634050 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Россия, г. Томск, пр. Академический, 2/4, 634021 E-mail: krinmax@gmail.com  NANOSTRUCTURING OF CARBIDE CERAMICS IN THE PROCESS OF MECHANICAL ACTIVATION OF METAL-CERAMIC COMPOSITE POWDERS M.G. Krinitcyn1,2 Scientific Supervisor: Prof., Dr. M.I. Lerner Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS,  Russia, Tomsk, Aeademicheskiy pr., 2/4, 634021 E-mail: krinmax@gmail.com    Abstract. In this paper, the effect of mechanical activation on the grinding of titanium carbide in the composition of a “titanium-titanium carbide” composite metal-ceramic powder was studied. The regimes that make it possible to achieve the refinement of both the powder as a whole and the carbide component are described. The results of microscopy of the obtained powders are presented, including metallography and transmission electron microscopy.  Введение. Металломатричные композиты обладают уникальным сочетанием физико-механических свойств, позволяющих эксплуатировать изделия из таких материалов в различных экстремальных условиях [1]. Композиты с титановой матрицей наиболее востребованы в космической и авиационной промышленности, поскольку обладают высокой удельной прочностью при низком удельном весе. Одним из наиболее перспективных керамических соединений для упрочения титана является карбид титана, который при высоком химическом сродстве с титаном также является одним из наиболее твердых материалов, известных на сегодняшний день. Композиционные порошки «титан – карбид титана» могут быть использованы в технологии порошковой наплавки для получения защитных покрытий на титан и его сплавы, а также в аддитивных технологиях производства. Основной целью данной работы является исследование структуры композиционного порошка «титан – карбид титана» после механической активации. При этом задачей является не только измельчение карбидных частиц в порошке, но и порошка в целом. Материалы и методы исследования. Проведенные ранее исследования [2,3] показали, что наибольшую прочность и износостойкость имеют изделия, полученные из порошка с мелкими 160 XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ»  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия    карбидными частицами, при этом в технологии электронно-лучевой порошковой наплавки структура карбидных частиц наследуется от порошка [4].  Ранее при получении композиционного порошка измельчение карбидного зерна достигалось за счет регулирования состава исходной шихты при синтезе порошка. В ходе выполнения этих работ наименьший размер карбидных частиц, который удалось достичь, составил 5 мкм. Дальнейшее измельчение карбидных частиц было проведено с применением механической активации (МА) полученных порошков.  Процесс МА порошков был проведен в планетарной шаровой мельнице «Активатор-2S». Состав исходного композиционного порошка «TiC + 50 об.% Ti», дополнительно в шихту был добавлен титан до общего содержания титановой связки 80 об.%. Процесс МА проводили при частоте вращения барабанов 960 об/мин, загрузка порошка 50 г, соотношение порошок : шары составляло 1:1. МА проводили в течение различного времени с шагом в 10 минут вплоть до 60 минут с исследованием фракционного состава в каждом случае. Было установлено, что после 30 минут МА наблюдается наибольшее количество мелкого порошка, в дальнейшем происходит слипание порошка с образованием частиц порошка, превышающих по размеру исходный. Было проведено металлографическое исследование композиционного порошка после измельчения в течение 30 минут, а также приготовлена фольга для исследования методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Были использованы металлографический микроскоп "AXIOVERT-200MAT" (Zeiss, Германия) и просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-2100 (Tokyo Boeki Ltd., Япония), находящиеся в ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН, г. Томск. Результаты. Металлографическое исследование показало, что избыток титана, преднамеренно примешенный к исходному порошку (рис. 1), собирается на поверхности композиционного порошка, образуя «корку» (рис. 1а), составляющую 25-50 % от поперечного сечения порошка. В центральной части порошка (рис. 1б) наблюдается высокая плотность карбидных частиц, при этом их размер не превышает 1 мкм, а средний размер для большинства частиц лежит в пределах 350-600 нм.  а  б Рис. 1. Металлографические изображения композиционного порошка «титан – карбид титана» после механической активации в поперечном сечении  С применением ПЭМ была исследована тонкая структура полученного порошка (рис. 2). Было установлено, что в титановой матрице помимо крупных частиц (до 1 мкм) присутствуют мелкие сферические частицы карбида титана со средним размером 10 ± 2 нм (рис. 2а). По данным XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 161  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия    микродифракции (рис. 2б) было установлено, что выявленные в темном поле частицы действительно являются карбидом титана.  а  б Рис. 2. Просвечивающая электронная микроскопия порошка «титан – карбид титана» в темном поле (а) и микродифракция с этой области (б)  Заключение. По итогам работ можно сделать вывод, что после МА удается не только достичь измельчения композиционного порошка с титановой матрицей, но и добиться существенного измельчения карбидных частиц. Получаемый после МА порошок имеет титановую «корку» на поверхности и мелкодисперсные карбидные частицы в центральной части порошка. Размер карбидных частиц варьируется от 10 нм до 1 мкм. В дальнейшем планируется изготовить объемные изделия из данного порошка,  исследовать их структуру и свойства и сравнить полученные результаты с данными для неизмельченного порошка. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 17-19- 01425).  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Nurminen J., Näkki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Т. 27. – №. 2. – С. 472-478. 2. Прибытков Г. А., Криницын М.Г., Фирсина И.А., Дураков В.Г. Твердость и абразивная износостойкость электронно-лучевых покрытий карбид титана - титановая связка, наплавленных синтезированными композиционными порошками // Вопросы материаловедения. – 2017. – Т. 92. – №. 4. – С. 52-61. 3. Прибытков Г. А. и др. Твердость и абразивная износостойкость электронно-лучевых покрытий, наплавленных СВС композиционными порошками TiC + сталь Р6М5 // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2017. – Т. 13. – №. 10. – С. 446-452. 4. Прибытков Г. А. и др. Формирование структуры покрытий при электронно-лучевой наплавке СВС композиционными порошками “TiC + сталь Р6М5” // Физика и химия обработки материалов. – 2017. – №. 5. – С. 36-43. 

Nanostructuring of carbide ceramics in the process of mechanical activation of metal-ceramic composite powders

http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/50748/1/conference_tpu-2018-C21_V2_p159-161.pdf

Nanostructuring of carbide ceramics in the process of mechanical activation of metal-ceramic composite powders

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University