Composite đa lớp Ti–Ta–Ni–TiC–TiB bằng phương pháp gia công hỗ trợ đốt cháy

O. K. Kamynina1, S. G. Vadchenko1, N. F. Shkodich1, E. V. Petrov1
1Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow, Russia

Tóm tắt

Composite đa lớp Ti–Ta–Ni–TiC–TiB (cermet) được tạo ra bằng phương pháp nối ghép hỗ trợ đốt cháy trong các lớp sandwich đa lớp được hình thành bởi các lớp phản ứng Ti–C và Ti–B cùng với các lá kim loại (Ti, Ta, Ni) và được đặc trưng bởi phân tích nhiệt độ và ghi hình video nhanh. Các tấm mỏng của composite thu được (32 × 14 × 1.5 mm) được hình thành trong vòng 0.2 giây sau khi đốt cháy (tốc độ cháy 195 mm/s). Các lá Ta đã được nối chặt với các lá Ti do sự phát triển của nhiệt độ cháy cao trong các lớp phản ứng tạo ra các gốm TiC và TiB. Sự hiện diện của gốm giúp giảm mật độ vật liệu, đồng thời vẫn duy trì khả năng chống nhiệt / ăn mòn. Kết quả của chúng tôi mở ra những chân trời mới cho việc chế tạo các vật liệu chịu lửa mới bằng phương pháp SHS với cấu trúc / tính chất mong muốn.

Từ khóa

#Ti–Ta–Ni–TiC–TiB #composite #cermet #đốt cháy #vật liệu chịu lửa

Tài liệu tham khảo

Levashov, E.A., Mukasyan, A.S., Rogachev, A.S., and Shtansky, D.V., Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Int. Mater. Rev., 2017, vol. 62, no. 4, pp. 203–239. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1243291 Morsi, K., The diversity of combustion synthesis processing: A review, J. Mater. Sci., vol. 47, pp. 68–92. https://doi.org/10.1007/S10853-011-5926-5 Rogachev, A.S., Vadchenko, S.G., Nepapushev, A.A., Rogachev, S.A., Scheck, Yu.B., and Mukasyan, A.S., Gasless reactive compositions for materials joining: An overview, Adv. Eng. Mater., 2018, vol. 20, no. 8, 1701044. https://doi.org/10.1002/adem.201701044 Martinsen, K., Hu, S.J., and Carlson, B.E., Joining of dissimilar materials, CIRP Ann., 2015, vol. 64, no. 2, pp. 679–699. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2015.05.006 Tian, W.-B., Kita, H., Hyuga, H., and Kondo, N., Joining of SiC by Al infiltrated TiC tape: Effect of joining parameters on the microstructure and mechanical properties, J. Eur. Ceram. Soc., 2012, vol. 32, pp. 149–156. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.001 Chen, S., Meng, Q., Zhang, N., Xue, P., and Munir, Z.A., In situ synthesis and bonding of Ti–TiAl–TiC/Ni functionally graded materials by field-activated pressure-assisted synthesis process, J. Mater. Sci. Eng. A, 2012, vol.538, pp. 103–109. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.01.020 Abbasi-Khazaei, B., Jahanbakhsh, A., and Bakhtiari, R., TLP bonding of dissimilar FSX-414/IN-738 system with MBF-80 interlayer: The effect of homogenizing treatment on microstructure and mechanical properties, J. Mater. Sci. Eng. A, 2016, vol. 651, pp. 93–101. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.087 Kah, P., Suoranta, R., Martikainen, J., and Magnus, C., Techniques for joining dissimilar materials: Metals and polymers, Rev. Adv. Mater. Sci., 2014, vol. 36, no. 2, pp. 152–164. Lin, Ya.-C., McGinn, P.J., and Mukasyan, A.S., High temperature rapid reactive joining of dissimilar materials: Silicon carbide to aluminum alloy, J. Eur. Ceram. Soc., 2012, vol. 32, no. 14, pp. 3809–3818. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.05.002 Cao, H.Q., Wang, J., Qi, J.L., Lin, X.C., and Feng, J.C., Combustion synthesis of TiAl intermetallics and their simultaneous joining to carbon/carbon composites, Scr. Mater., 2011, vol. 65, no. 3, pp. 261–264. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.04.021 Sytschev, A.E., Vadchenko, S.G., Kamynina, O.K., and Sachkova, N.V., Simultaneous synthesis and joining of a Ni–Al-based layer to a Mo foil by SHS, Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2009, vol. 18, no. 3, pp. 213–216. https://doi.org/10.3103/S1061386209030133 Mukasyan, A.S. and White, J.D.E., Combustion joining of refractory materials, Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2007, vol. 16, no. 3, pp. 154–168. https://doi.org/10.3103/S1061386207030089 White, J.D.E., Simpson, A.H., Shteinberg, A.S., and Mukasyan, A.S., Combustion joining of refractory materials: Carbon–carbon composites, J. Mater. Res., 2008, vol. 23, no. 1, pp. 160–169. https://doi.org/10.1557/JMR.2008.0008 Hadji, Y., Haddad, A., Yahi, M., Benamar, M.E.A., Miroud, D., Sahraoui, T., Hadji, M., and Barsoum, M.W., Joining Ti3SiC2 MAX phase with 308 stainless steel and aluminum fillers by tungsten inert gas (TIG)-brazing process, Ceram. Int., 2016, vol. 42, no. 1, pp. 1026–1035. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.09.026 Sun, Z.M., Progress in research and development on MAX phases: A family of layered ternary compounds, Int. Mater. Rev., 2011, vol. 56, no. 3, pp. 143–166. https://doi.org/10.1179/1743280410Y.0000000001 Wang, J., Li, K., Song, X., Guo, L., Li, W., and Li, Z., The study on joining carbon/carbon composites using Ti–Ni–Si compound, J. Mater. Sci. Eng. A, 2012, vol. 547, pp. 12–18. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.059 Seidl, W., Bartosik, M., Kolozsvari, S., Bolvardi, H., and Mayerhofer, P.H., Influence of coating thickness and substrate on stresses and mechanical properties of (Ti, Al, Ta)N/(Al, Cr)N multilayers. Surf. Coat. Technol., 2018, vol. 347, pp. 92–98. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.04.060 de Souza, A. and Robin, K., Influence of concentration and temperature on the corrosion behavior of titanium, titanium-20 and 40% tantalum alloys and tantalum in sulfuric acid solutions, Mater. Chem. Phys., 2007, vol. 103, pp. 351–360. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.02.026 Miyazaki, S., Kim, H.Y., and Buenconsejo, P.J.S., Development of high temperature Ti–Ta shape memory alloys, Proc. 8th Eur. Symp. on Martensitic Transformations (ESOMAT-2009, Prague), paper 01003. https://doi.org/10.1051/esomat/200901003 Kamynina, O.K., Vadchenko, S.G., Shchukin, A.S., and Kovalev, I.D., Multilayer coatings on Ti substrate by SHS method, Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2016, vol. 25, no. 4, pp. 238–242. https://doi.org/10.3103/S106138621604004X Kamynina, O.K., Vadchenko, S.G., and Shchukin, A.S., SHS-aided joining of ceramic materials with Ta substrate, Russ. J. Non-Ferrous Met., 2019, vol. 60, no. 4, pp. 422–425. https://doi.org/10.3103/S1067821219040035 Vadchenko, S.G., Dependence of burning rates of tapes of Ti + xB mixtures on boron concentration, Combust., Explos., Shock Waves, 2019, vol. 55, no. 2, pp. 177–183. https://doi.org/10.1134/S0010508219020060 Reeves, R.V., Rodriguez, M.A., Jones, E.D., and Adams, D.P., Condensed-phase and oxidation reaction behavior of Ti/2B foils in varied gaseous environments, J. Phys. Chem. C, 2012, vol. 116, no. 33, pp. 17904–17912. https://doi.org/10.1021/jp303785r Rice, R.W. and McDonough, W.J. Intrinsic volume changes of self-propagating synthesis, J. Am. Ceram. Soc., 1985, vol. 68, no. 5, pp. 122–123.