Формування багатокомпонентних твердих розчинів у системі cBN—TiC—VN—Al за умов спікання композитів під високим тиском
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2024.04.033Ключові слова:
високий тиск, карбід титану, нітрид ванадію, рентгенівська дифрактометрія, кристалічна структураАнотація
Методом рентгеноструктурного аналізу детально досліджено кристалічну структуру карбіду титану (TiC) і нітриду ванадію (VN), які поряд із супутніми фазами містяться в композитах, отриманих HPHT (high pressure, high temperature) спіканням (7,7 ГПа, 1750—2300 °С) сумішей cBN—TiC—VN—Al двох складів (об. %): 60 : 17,5 : 17,5 : 5 і 60 : 25 : 15 : 5. Встановлено, що в результаті твердофазної взаємодії між TiC та VN, а також між TiC та алюмінієм зв’я'зки у продуктах спікання утворюються багатокомпонентні тверді розчини — (Ti,V)(C,N) та (V,Ti)N за температур 1750—1900 °С і (Ti,V,Al)(C,N) та (V,Ti)(N,C) за температур 2000—2350 °С. Кристалічні структури цих розчинів належать до модифікованої структури типу NaCl, яка містить додаткову правильну систему точок для розміщення атомів азоту та вуглецю. Визначено їх елементний склад. На основі аналізу отриманих у роботі рентгеноструктурних даних та отриманих раніше даних XEDS досліджень встановлено, що утворення зазначених твердих розчинів відбувається за двома основними механізмами: по-перше, це дифузія вивільнених у результаті розпаду VN та cBN потоків атомів азоту, які через наявний у реакційній зоні градієнт температур прямують до поверхні композита; по-друге, це міжфазна взаємодія металів Ti та V через границі зерен фаз TiC та VN, що контактують, а також міжфазна взаємодія зерен фази TiC з рідким алюмінієм зв’я'зки. У перспективі виготовлена певним способом суміш дрібнокристалічних багатокомпонентних карбонітридів (Ti,V)(C,N) та (V,Ti)(N,C) може слугувати функціональною домішкою для покращення механічних властивостей виробів з медичного титану ТВ6.
Завантаження
Посилання
Dub, S. N. & Petrusha, I. A. (2006). Mechanical properties of polycrystalline cBN obtained from pyrolytic gBN by direct transformation technique. High Pressure Res., 26, No. 2. pp. 71-77. https://doi.org/ 10.1080/08957950600764239
Sumiya, H., Uesaka, S. & Satoh, S. (2000). Mechanical properties of high purity polycrystalline cBN syn- thesized by direct conversion sintering method. J. Mater. Sci., 35, pp. 1181-1186. https://doi.org/10.1023/ A:1004780218732
Huang, Y., Chou, Y. K. & Liang, S. Y. (2007). CBN tool wear in hard turning: a survey on research progresses. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 35, No. 5-6. pp. 443-453. https://doi.org/10.1007/s00170-006-0737-6
Poulachon, G., Bandyopadhyay, B. P., Jawahir, I. S., Pheulpin, S. & Seguin, E. (2004). Wear behavior of CBN tools while turning various hardened steels. Wear, 256, pp. 302-310. https://doi.org/10.1016/S0043- 1648(03)00414-9
Gutnichenko, O., Bushlya, V., Zhou, J. & Ståhl, J.-E. (2017). Tool wear and machining dynamics when turning high chromium white cast iron with pcBN tools. Wear, 390-391, pp. 253-269. https://doi.org/10.1016/j. wear.2017.08.005
Benko, E., Stanisław, J. S., Królicka, B., Wyczesany, A. & Barr, T. L. (1999). cBN–TiN, cBN–TiC composites: chemical equilibria, microstructure and hardness mechanical investigations. Diam. Relat. Mater., 8, No. 10, pp. 1838-1846. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(99)00131-4
Chiou, S.-Y., Ou, S.-F., Jang, Y.-G. & Ou, K.-L. (2013). Research on CBN/TiC composites Part1: Effects of the cBN content and sintering process on the hardness and transverse rupture strength. Ceram. Int., 39, No. 6, pp. 7205-7210. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.02.066
Stratiichuk, D. A., Turkevich, V. Z., Slipchenko, K. V., Melniichuk, Yu. O. & Turkevich, D. V. (2020). Sintering, physical and technical characteristics as well as DTA-TG analysis of carbide-containing composites obtained in cBN—MeCх—(Al) systems, where Me — Ti, Zr, V, Cr, Ta. Instrumentalne materialoznavstvo, 23, No. 1, pp. 194-203 (in Ukrainian).
Peng, Y., Hezhuo, M. & Peng, Z. (2013). Development of TiCN-based cermets: Mechanical properties and wear mechanism. Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 39, pp. 78-89. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.07.001
Slipchenko, K. V., Petrusha, I. A., Turkevich, V. Z., Stratiichuk, D. A., Slipchenko, V. M., Bilyavina, N. M., Turkevich, D. V., Bushlya, V. M. & Stahl, J. E. (2019). The influence of sintering temperature on phase composition and mechanical properties of сBN-based composites with addition of vanadium compounds. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 12, pp.1599-1610 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.41.12.1599
Slipchenko, K., Bushlya, V., Stratiichuk, D., Petrusha, I., Can, A., Turkevich, V., Ståhl, J.-E. & Lenrick, F. (2022). Multicomponent binders for PcBN performance enhancement in cutting tool applications. J. Eur. Ceram. Soc., 42, No. 11, pp. 4513-4527. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.04.022
Belyavina, N. M., Turkevich, V. Z., Kuryliuk, A. M., Stratiichuk, D. A., Nakonechna, O. I., Kogutyuk, P. P.
& Stasuk, L. P. (2023). Effect of sintering under high temperatures and pressure and mechanical alloying on the crystal structure of the TiC, ZrC, HfC monocarbides. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 3, pp. 40-48 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.040
Belyavina, N. M., Stratiichuk, D. A., Kuryliuk, A. M., Turkevich, V. Z., Nakonechna, O. I., Kogutyuk, P. P. & Stasuk, L. P. (2023). Effect of HPHT sintering on crystal structure of NbC and TaC carbides in PcBN composites of cBN—NbC—Al and cBN—TaC—Al systems. J. Nano- Electron. Phys., 15, No. 3, pp. 03030-1-03030-4. https://doi.org/10.21272/jnep.15(3).03030
Belyavina, N. N., Stratiichuk, D. A., Nakonechna, О. І., Avramenko, T. G., Kuryliuk, A. M. & Turkevich, V. Z. (2022). TiN crystal structure features in cBN—TiN—Al composite sintered at high pressures and temperatures. Dopov. Nac. akad. nauk. Ukr., No. 2, pp. 58-66 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/ dopovidi2022.02.058
Belyavina, N. M., Turkevich, V. Z., Kuryliuk, A. M., Stratiichuk, D. A., Stasuk, L. P., Nakonechna, O. I. & Kogutyuk, P. P. (2024). Structural changes of vanadium nitride under the conditions of thermobaric sintering in the cBN—VN—Al ceramic composite. Dopov. Nac. akad. nauk. Ukr., No. 1, pp. 20-29 (in Ukrainian). https:// doi.org/10.15407/dopovidi2024.01.020
Dashevskyi, M., Boshko, О., Nakonechna, O. & Belyavina, N. (2017). Phase transformations in equiatomic Y-Cu powder mixture at mechanical milling. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4, pp. 541-552. https://doi. org/10.15407/mfint.39.04.0541
Sangiovanni, D. G., Alling, B., Steneteg, P., Hultman, L. & Abrikosov, I. A. (2015). Nitrogen vacancy, self- interstitial diffusion, and Frenkel-pair formation/dissociation in B1 TiN studied by ab initio and classical molecular dynamics with optimized potentials. Phys. Rev. B, 91, No. 5, 054301. https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.91.054301
Lengauer, W. (1991). Thermochemistry of the formation of nitrogen-rich surface layers on transition metal nitrides: A study of the VN1–x—N2 couple. J. Phys. Chem. Solids, 52, No. 2, pp. 393-399. https://doi. org/10.1016/0022-3697(91)90089-I
Yang, H., Qian, Z., Chen, H., Zhao, X., Han, G., Du, W., Nie, X., Zhao, K., Liu, G., Sun, Q., Gao, T., Zhou, J., Nie,
J. & Liu, X. (2022). A new insight into heterogeneous nucleation mechanism of Al by non-stoichiometric TiCx. Acta Mater., 233, 117977. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117977
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
