С.А. ОРЛОВ, А.А. НИНДАКОВ Научный руководитель – М.А. ДМИТРИЕВА, к.ф.-м.н.

С.А. ОРЛОВ, А.А. НИНДАКОВ
Научный руководитель – М.А. ДМИТРИЕВА, к.ф.-м.н.
Томский государственный университет
О ВЛИЯНИИ МАСШТАБНЫХ ФАКТОРОВ
НА МЕХАНОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В РЕАГИРУЮЩИХ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЯХ
Работа посвящена исследованию масштабных эффектов, влияющих на структуру порошкового материала на основе Ni-Al и Ti-Al, получаемых ударным синтезом. Установлено, что механохимические процессы в ультрадисперсных порошках, способных к образованию наноструктур протекают с большей интенсивностью, чем в смесях с крупными частицами. Также наблюдается смена режима механохимических превращений при переходе от крупных частиц к ультрадисперсным. Температуры, при которых реализуются механохимические превращения в
ультрадисперсных порошках снижаются по сравнению с крупнодисперсными.
В настоящее время одним из перспективных направлений развития
порошковой металлургии является ударный синтез, позволяющий реализовывать условия запуска твердофазных превращений и режимы формирования композиционных материалов с наноструктурой. Образование
наноструктур определяет условия и режимы протекания механохимических процессов. Основной проблемой создания материалов с наностукурой является их структурная неустойчивость к повышенной температуре,
при которой происходит рекристаллизация – увеличение размеров зерен и
потеря уникальных свойств [1]. Формирование прослойки интерметаллида в результате химической реакции в порошковом слое инициированной
ударным импульсом, может препятствовать рекристаллизации и повысить
рабочую температуру таких композиционных материалов.
Моделирование механохимических процессов ударного синтеза в порошковой смеси основано на модели реагирующей порошковой среды [2]
и включает в себя моделирование процессов тепло- и массопереноса,
ударной модификации порошкового материала и химических превращений. Рассматривается порошковая смесь, предварительно спрессованная
до некоторой удельной пористости.
Проведена серия вычислительных экспериментов для порошковых
смесей Ni-Al и Ti-Al, стехиометричных для образования моноалюминидов, с исходными размерами частиц 5 мкм и 50 мкм для Ni-Al и 4,5 мкм и
45 мкм для Ti-Al. Начальная температура слоя T0=293 K Проводилось
моделирование воздействия на порошковую смесь плоским ударным им-
пульсом с амплитудой 2 ГПа и 3 ГПа, начальная пористость смеси
П0 = 0,2; 0,3; 0,4. Дисперсии распределения алюминия по реагирующему
слою D0 = 3,5*10-5; 1,7*10-2; 5,1*10-2.
c-1
100000
T/Tпл
D0=5.1*10-2
1.2
П=0.4
10000
П=0.3
0.8
П=0.2
d, мкм
1000
5 10
20
30
40
50
,
0.4
b
2b
рис. 1
рис. 2
По результатам проделанной работы установлено:
1) Стартовая интенсивность механохимических процессов (рис 1.) в
порошках, способных к формированию наноструктур значительно выше,
чем в крупнодисперсных порошках.
2) Уменьшение размеров частиц в порошковой смеси приводит к
смене режимов механохимических превращений, а также повышению
степени механоактивации.
3) Процессы в ультрадисперсных порошках протекают при более низких температурах, чем в порошках с крупными частицами.
4) Механохимические процессы в порошках с частицами 4,5-5 мкм
протекают при более низких температурах, чем в порошках с частицами
45-50 мкм (рис. 2). В порошковых смесях с крупными частицами в некоторых областях реакция идет с плавлением легкоплавкого компонента, в
ультрадисперсных порошках реакция идет по всему объему в твердофазном режиме.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования РФ и CRDF в рамках программы BRHE (проект №01602)
Список литературы
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной
пластической деформацией. М.: 2000.
2. Лейцин В.Н. Модель реагирующей порошковой среды // Вестник ТГУ, 2001, №5