ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНОЙ ЗОНЫ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТОГО ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Ti-Cu

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….…. 8 ГЛАВА 1. ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………… 10 1.1 Контактное плавление как фазовый переход первого рода………. 10 1.2 Механизм контактного плавления………………………………….. 13 1.3 Режимы контактного плавления……………………………………. 16 1.4 Начальная стадия контактного плавления как эффект плавления низкоразмерных структур…………………………………………... 18 1.5 Условия образования интерметаллидов между разнородными металлами и сплавами при жидкофазном взаимодействии………. 24 1.6 Условия образования интерметаллидов между разнородными металлами и сплавами при твердофазном взаимодействии………. 26 1.7 Сверхзвуковое «холодное» газодинамическое напыление……….. 30 1.8 Контактное плавление в системе Ti – Cu…………………………... 35 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДИКА………………………………………….. 41 2.1 Титан ВТ1-0………………………………………………………….. 41 2.2 Медь ПМС-1…………………………………………………………. 42 2.3 Диаграмма состояния медь-титан…………………………………... 44 2.4 Оборудование для напыления порошков Димет-403……………... 45 2.5 Оборудование для термической обработки………………………... 46 2.6 Оборудование для приготовления шлифов………………………... 48 2.7 Оборудование для исследования микроструктуры и твердости…. 49 2.8 Электронный сканирующий микроскоп Tecsan Mira-3…………… 53 2.9 Дифрактометр D8 ADVANCE Bruker……………………………… 54 ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ…………………………… 61 3.1 Исследование процесса формирования контактной плавления в биметаллах ВТ1-0+ПМС-1; ВТ1-0+ПМС-1+Al2O3………………... 61 3.1.1 Получение биметаллических заготовок методом ХГДН…………. 61 3.1.2 Приготовление шлифов……………………………………………... 61 3.1.3 Исследование диффузионных слоев……………………………….. 62 3.1.4 Исследование микроструктуры и твердости………………………. 63 3.1.5 Рентгеновский энергодисперсионный микроанализ……………… 64 3.2 Исследование формирования контактной зоны в процессе получения слоистого интерметаллидного композиционного материала Ti – Cu……………………………………………………. 70 3.3 Рекомендации по совершенствованию технологического процесса соединения СКМ на основе системы Ti-Cu…………………………………………………………………….. 74 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………… 76 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………….. 77

1 Ахкубеков, А. А. Контактное плавление металлов и наноструктур : монография / А. А. Ахкубеков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев. – Москва : Физматлит, 2008. – 150 с. 2 Савицкая, Л. К. К вопросу о природе контактного плавления / Л. К. Савицкая, А. П. Савинцев // Известия вузов. Физика. – 1961. – № 6. – С. 126-134. 3 Евстропов Д.А. Формирование структуры и свойств композиционных покрытий системы Cu-Ti на поверхности медных деталей. [Текст]: диссертация канд. техн. наук: 05.16.09: защищена 15.11.16: утв. 15.11.16 /Евстропов Дмитрий Анатольевич. -Волгоград, 2016. -199 с. 4 Bateni M.R. et al. The effect of novel Ti-Cu intermetallic compoundcoatings on tribological properties of copper [Текст] // Annals. – 2003. – Т. 24. – P.26. 5 Морозова Е. А. Лазерное легирование поверхности титана медью[Текст] / Е.А. Морозова, В.С. Муратов // Успехи современного естествознания. – 2009. – №. 11. 6 Крашенинников С.В. Исследование процессов формирования покрытий методом диффузионной интерметаллизации [Текст] / С.В. Крашенинников, С.В.Кузьмин, В.И. Лысак // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвузовский сборник научных трудов / ВолгГТУ. - Волгоград, 2002. - C.102-110. 7 Радюк А.Г. Формирование диффузионных слоев на поверхности меди и ее сплавов [Текст] / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, А.Е. Украинцев // Цветные металлы. – 2007. – №5. – С. 95–97. 8 Шморгун В.Г. Диффузионные процессы на межслойной границе сваренного взрывом трёхслойного композита системы Cu-Ti [Текст] / В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин, Д.А. Евстропов, А.О. Таубе // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2014. - № 4. - C. 36-39. 9 Фомичев, О. И. О контактном плавлении металлов / О. И. Фомичев, С. П. Юдин // Физическая химия поверхности расплавов: сб. науч. тр. – Тбилиси, 1977. – С. 778. 10 Гегузин, Я. Е. Поверхностная энергия и процессы на поверхности твердых тел / Я. Е. Гегузин, Н. Н. Овчаренко // Успехи физических наук. – 1963. – Т. 76, № 2. – С. 283-286. 11 Frenken Joost, W. M. Observation of surface melting / W. M. Frenken Joost, J. F. van der Veen // Phys. Rev. Lett. – 1985. – Vol. 54, № 3 – P. 134-136. 12 Кучеренко, Е. С. Кинетика плавления твердых растворов при больших скоростях нагрева / Е. С. Кучеренко // Известия АН СССР. Металлы. – 1977. – № 4. – С. 96-98. 13 Хоконов, Х. Л. Кинетические и термодинамические характеристики межфазных границ раздела, образующихся при контактном плавлении: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук / Х. Л. Хоконов. – Нальчик: КБТУ, 1999. – 18 с. 14 Ахкубеков, А. А. Начальная стадия контактного плавления, как низкоразмерный эффект / А. А. Ахкубеков, М. М. Вайсултанов, С. И. Ахкубекова // Известия вузов. Северокавказский регион. Сер. Естественные науки. – 2005. – № 9. – С. 56-64. 15 Белоусов, О. К. О механизме плавления металлов / О. К. Белоусов // Металлы. – 1996. – № 5. – С. 51-53. 16 Чабан, И. А. Теория протекания н кристаллизация / И. А. Чабан // ФТТ. – 1978. – Т. 20, вып. 5. – С. 1497-1504. 17 Исследование двухкомпонентных диаграмм состояния с применением конденсированных пленок / Н. Т. Гладких [и др.] // ДАН СССР. – 1985. – Т. 280, № 4. – С. 858-861. 18 The effect of novel Ti-Cu intermetallic compound coatings on tribological properties of copper / M. R. Bateni [et al.] // Annals. – 2003. – Т. 24. – P. 26. 19 Гетажеев, К. А. Оценка глубины диффузионной зоны в твердых фазах при контактном плавлении бинарных эвтектических систем в нестационарном режиме / К. А. Гетажеев, П. А. Савинцев // Известия вузов. Физика. – 1972. – № 1. – С. 142-144. 20 Петрунин, И. Е. Физико-химические процессы при пайке / И. Е. Петрунин. – Москва: Высшая школа, 1972. – 280 с. 21 Залкин, В. М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления / В. М. Залкин. – Москва: Металлургия, 1987. – 152 с 22 Лариков Л.Н. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке / Л.Н. Лариков, В.Р. Рябов, В.М. Фальченко. // М.: Машиностроение, 1975. – 192 с. 23 Marek M.I., 1987, Metals Handbook, 9th Edition, ASM International, Materials Park, OH, U.S.A, Vol.13, pp. 20-21. 24 Редичев Е.Н. Процесс плавления диспергирования тонкой пленки меди в слоистых структурах в зависимости от ее толщины. / Е.Н. Редичев, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов и др. // Сб. трудов 6-й международной конф. Опто-наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы. Ульяновск 2004. С. 129. 25 Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. // М.: Наука, 1982. – 176 с. 26 Влияние температурно-временных условий термообработки на фазовый состав диффузионной зоны, сформированной в системе Ti-Cu в присутствии жидкой фазы / В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин, Д.А. Евстропов, В.П. Кулевич // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2014 : сб. науч. тр. VI междунар. науч. конф. (Волгоград, 16-18 сент. 2014 г.) / ВолгГТУ [и др.]. – Волгоград, 2014. – C. 171 – 172. 27 Механизм контактного плавления в системе Cu–Ti / В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин, Д.А. Евстропов, В.Н. Арисова, В.П. Кулевич // Известия ВолгГТУ. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. – Волгоград, 2016. – № 9 (188). – C. 7 – 11. 28 Гуревич, Л.М. Структурообразование в титано-алюминиевых композитах в присутствии жидкой фазы / Л.М. Гуревич и др. // Журнал функциональных материалов. – 2008. – Т.2. – № 4. – С. 153 – 157. 29 Никитин В.И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые // М.: Атомиздат. – 1967. – Т. 442. – С. 2. 30 Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами / А.П. Савицкий. Э.В. Козлов // Новосибирск: Наука, 1991. – 183 с. 31 Востряков А.А. и др. Диффузия в расплавах Ta, Nb и Zr / А.А. Востряков, Э.А. Пастухов, Н.И. Сидоров, // Бутлеровские сообщения. – 2012. – Т. 30. – №. 5. – С. 20-24. 32 Френкель Я.И. Введение в теорию металлов // М.: Гос. изд. физмат, литературы. 1958. 368с 33 Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей // М.: Наука. 1982. 320с. 34 Метод сверхзвукового «холодного» газодинамического напыления (ХГДН). НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей» [Электронный ресурс]: http://www.crism-prometey.ru/science/functional-nano/cold-gas-dynamic-spraying-CGDS.aspx 35 Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. Под ред. В.М. Фомина. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 536 с. 36 Димет. Технологии напыления металлов. ООО «АПИК Технолоджи» [Электронный ресурс]: http://dimet.info/ 37 Твердые износостойкие наноструктурные покрытия. Студенческая библиотека онлайн. [Электронный ресурс]: http://studbooks.net/624443/tovarovedenie/sovremennye_iznosostoykie_nanostrukturnye_pokrytiya#698 38 Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов / Учебник для вузов. 3-е изд. // М.: Металлургия, - 1983. – 360 с. 39 Мажарова Г.Е., Обработка титановых сплавов давлением. / Г.Е. Мажарова, А.З. Комановский, Б.В. Чечулин и др. // М., Металлургия, 1977. 96 с. 40 ГОСТ 19807-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. – Взамен ГОСТ 19807-74 ; введ. 01.07.92. – Москва : Издательство стандартов, 1992. – 6 с. – (Межгосударственный стандарт). 41 ГОСТ 859-2001. Медь. Марки. – Взамен ГОСТ 859-78 ; введ. 01.01.02. – Москва : ИПК Издательство стандартов, 2002. – 7 с. – (Межгосударственный стандарт). 42 Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: справочник – О. Е. Осинцев, В. Н. Федоров – Москва : «Машиностроение», 2004. – 333 с. 43 Зайт Б. Диффузия в металлах: пер. с нем. // М., 1958. - 381 с.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1.1 Контактное плавление как фазовый переход первого рода Контактное плавление ( КП) – это фазовый переход 1 рода, при котором в контакте двух ( или более) разнородных кристаллов появляется жидкость при температуре ниже температуры плавления легкоплавкого кристалла [1]. Необходимым условием проявления КП является наличие минимума на диаграмме состояния контактируемых кристаллов, т.е. явление КП имеет место в системах типа двойной сигары с точкой минимума на кривой ликвидуса, на диаграммах эвтектического типа и диаграммах с химическим взаимодействием компонентов. Минимальная температура, при которой в контакте кристаллов образуется жидкость называется температурой контактного плавления (TКП). Она, как правило, совпадает с температурой минимума на диаграмме состояния; в эвтектических системахTКП практически совпадает с эвтектической температурой ( T). В системах с химическим взаимодействием компонентов при определенных условиях эксперимента ( раздельный нагрев контактируемых кристаллов) TКП может быть ниже температуры наименьшей эвтектики (явление ?Т-эффекта). Начало систематических исследований КП было положено работами Д. Д. Саратовкина и П. А. Савинцева [1]. Так как КП – это фазовое превращение, происходящее на границе разнородных твердых веществ, рассмотрим механизм подобных фазовых превращений. Пусть А и В – однофазные твердые вещества с определенной взаимной растворимостью. Приведем их в контакт. На образующейся в контакте межфазной границе А-В произойдут соответствующие перестройки атомов одного и другого вещества, обусловленные стремлением границы к состоянию, соответствующему минимальному значению межфазной граничной энергии при данной температуре ( внешнее давление считаем здесь неизменным).