Email this article 
СВС-компактирование никелида титана: влияние примесей кислорода и водорода на структуру и свойства сплавов
- Authors: Богатов Ю.В.1, Щербаков В.А.1, Ковалев Д.Ю.1, Черезов Н.П.1, Баринова Т.В.1, Боярченко О.Д.1, Алымов М.И.1
-
Affiliations:
- Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
- Issue: Vol 60, No 4 (2024)
- Pages: 431-440
- Section: Articles
- URL: https://cardiosomatics.ru/0002-337X/article/view/678815
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24040026
- EDN: https://elibrary.ru/NAQQII
- ID: 678815
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
Методом СВС-компактирования получены сплавы никелида титана из порошковой смеси никеля и титана, взятых в эквиатомном отношении. Сплавы синтезировали в «песчаной» пресс-форме с использованием «химической печи» и в жесткой пресс-форме. При втором способе реакционные смеси предварительно подвергали механической активации (МА), что позволило осуществить экзотермический синтез и консолидацию продуктов синтеза без предварительного нагрева. Инертная атмосфера при синтезах не использовалась. Получены образцы из никелида титана диаметром 70 и толщиной 8 мм. Показано, что содержание фазы NiTi зависит от температуры горения порошковой смеси (Ti+Ni), концентрации кислорода и водорода в исходном порошковом титане. Максимальное содержание фазы NiTi (85 об.%) достигается при температуре горения 1400°С и содержании кислорода 0.55 мас.% и водорода 0.14 мас.% в титане. Увеличение содержания кислорода в порошковой смеси (Ni+Ti) в результате МА до 2.3 мас.% приводит к увеличению концентрации в сплаве фазы Ti2Ni до 53 об.% При увеличении концентрации водорода в титане до 0.6 мас.% температура и скорость горения уменьшаются и в сплаве остается свободный Ni. Сплавы с максимальным содержанием фазы NiTi обладают минимальной твердостью (HV = 6.2 ГПа). С увеличением содержания фаз Ti2Ni, Ni3Ti, Ni4Ti3 в сплавах твердость увеличивается до HV =11.1 ГПа.
Full Text
About the authors
Ю. В. Богатов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
В. А. Щербаков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Author for correspondence.
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Д. Ю. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Н. П. Черезов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Т. В. Баринова
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
О. Д. Боярченко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
М. И. Алымов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: vladimir@ism.ac.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
References
- Итин В.И., Найбороденко Ю С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. Томск: Изд-во ТГУ, 1989. 214 с.
- Гюнтер В.Э., Ясенчук Ю.Ф., Клопотов А.А., Ходоренко В.Н. Физико-механические свойства и структура сверхэластичных пористых сплавов на основе никелида титана // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. № 1. С. 71-75.
- Belyaev S., Resnina N., Sibirev A. Peculiarities of Residual Strain Accumulation During Thermal Cycling of TiNi Alloy // J. Alloys Compd. 2012. V. 542. Р. 37-42.
- Resnina N., Belyaev S. Influence of Annealing on Martensitic Transformations in Porous TiNi-Based Alloys Produced by Self-Propagating High-Temperature Synthesis // J. Alloys Compd. 2013. V. 577. P. 159-163.
- Tosuna G., Ozlerb L., Kayac M., Orhand N. A Study on Microstructure and Porosity of NiTi Alloy Implants Produced by SHS // J. Alloys Compd. 2009. V. 487. P. 605–611.
- Wisutmethangoon S., Denmud N., Sikong L. Characteristics and Compressive Properties of Porous NiTi Alloy Synthesized by SHS Technique // Mater. Sci. Eng., A. 2009. V. 515. № 1. P. 93–97. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.02.055
- Khodorenko V.N., Gyunter V.É. Investigations of the Structure of Porous Titanium Nickelide after Thermal Treatment // Russ. Phys. J. 2008. V. 51. № 10. Р. 1090-1096. https://doi.org/10.1007/s11182-009-9146-2
- Resnina N., Belayev S., Voronkov A. Influence of Chemical Composition and pre-Heating Temperature on the Structure and Martensitic Transformation in Porous TiNi-Based Shape Memory Alloys, Produced by Self-Propagating High-Temperature Synthesis // Intermetallics. 2013. V. 3. Р. 81-89. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.08.009
- Osipovich K.S., Vetoshkina N. G., Panchenko E., Chumlyakov Y. Effect of One Variant of Ti3Ni4 Particles on Stress-Induced Martensitic Transformations in <111>-Oriented Ti49.2Ni50.8 Single Crystals // Mater. Sci. Eng. 2015. V. 93. № 1. P. 0120411–0120416. https://doi.org/10.1088/1757-899X/93/1/012041
- Panchenko E.Yu., Ovsyannikov A.V., Kireeva I.V., Chumlyakov Yu.I., Aksenov V.B., Kuksa M.P. Shape Memory Effect, Superelasticity and Elastic Twinning of R-Martensite in Ti-50.8 % at. % Ni Single Crystals Aged under Stress // J. Phys. IV France. 2004. V. 115. Р. 21–28.
- Jonathan C.Y., Chu C.L., Wang S.D. Porous TiNi Shape Memory Alloy with High Strength Fabricated by Self-Propagating High-Temperature Synthesis // Mater. Lett. 2004. V. 58. № 11. Р. 1683–1686.
- Kaya M., Orhan N., Tosun G. The Effect of the Combustion Channels on the Compressive Strength of Porous NiTi Shape Memory Alloy Fabricated by SHS as Implant Material // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2010. V. 14. P. 21–25. https://doi.org/ 10.1016/j.cossms.2009.07.002
- Miyazaki S., Igo Y., Otsuka K. Effect of Thermal Cycling on the Transformation Temperatures of TiNi Alloys // Acta Metall. 1986. V. 34. P. 2045–2051.
- Bogatov Y.V., Shcherbakov V.A., Karpov A.V., Sytschev A. E., Kovalev D. Yu. Forced SHS Compaction of NiTi // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2022. V. 31. № 4. Р. 247–252. https://doi.org/10.3103/S1061386222050028
- Корчагин М.А., Григорьева Т.Ф., Боханов Б.Б., Шарафутдинов М.Р., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Твердофазный режим горения в механически активированных СВС- системах. Влияние режимов механической активации на характеристики процесса и состав продуктов горения // Физика горения и взрыва. 2003.Т. 39. № 1. С. 60-68.
- Итин В.И., Монасевич Т.В., Братчиков А.Д. Влияние механоактивации на закономерности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе титан – никель // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33. № 5. С. 48-51.
- Кочетов Н.А., Сеплярский Б.С., Щукин А.С. Зависимости скорости горения и фазового состава конденсированных продуктов смеси Ti+Ni от времени механической активации // Физика горения и взрыва. 2019. Т. 55. № 3. С. 63-70. https://doi.org/ 10.15372/FGV20190308
- Bogatov Yu.V., Shcherbakov A.V., Shcherbakov V.A. Pressure-Assisted Electrothermal Explosion of Titanium Nickelide // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2023. V. 32. № 4. Р. 335–337. https://doi.org/10.3103/S1061386223040039
- Bogatov Yu.V., Shcherbakov V.A. Production of NiTi Alloys by MA–SHS Consolidation // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2023. V. 32. № 4. Р. 332–334. https://doi.org/ 10.3103/S1061386223040027
- Богатов. Ю.В., Щербаков А.В., Щербаков В.А., Ковалев Д.Ю., Сычев А.Е. Синтез никелида титана методом электротеплового взрыва под давлением // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 10. С. 1185-1191. https://doi.org/ 10.31857/S0002337X23100019
- Черезов Н.П., Алымов М.И., Закоржевский В.В. Исследование порошка титана, полученного методом СВС-гидрирования и дегидрирования в вакуумной печи // Перспективные материалы. 2022. № 3. С. 70-77. https://doi.org/ 10.30791/1028-978X-2022-3-70-77
- Питюлин А.Н. Силовое компактирование в СВС процессах // Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Черноголовка: Территория, 2001. С. 333–353.
Supplementary files
