Pressure-Assisted Electrothermal Explosion Synthesis of Titanium Nickelide

Yu. V. Bogatov; Богатов Ю. В.; A. V. Shcherbakov; Щербаков А. В.; V. A. Shcherbakov; Щербаков В. А.; D. Yu.  Kovalev; Ковалев Д. Ю.; A. E. Sychev; Сычев А. Е.

doi:10.31857/S0002337X23100019

Pressure-Assisted Electrothermal Explosion Synthesis of Titanium Nickelide

Authors: Bogatov Y.V.¹, Shcherbakov A.V.¹, Shcherbakov V.A.¹, Kovalev D.Y.¹, Sychev A.E.¹
Affiliations:
1. Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 59, No 10 (2023)
Pages: 1185-1191
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/249405
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23100019
EDN: https://elibrary.ru/CDXUJC
ID: 249405

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Titanium nickelide alloys have been prepared by pressure-assisted electrothermal explosion (ETE) synthesis. We have examined the effect of Joule heating power on ETE parameters and the physicomechanical properties of the synthesized alloys. The results demonstrate that raising the electrical voltage applied to the starting mixture leads to a decrease in ignition time and increase in the maximum ETE temperature. The ignition temperature was 350°C, independent of the Joule heating power. X-ray diffraction characterization showed that the major phase in the alloys was NiTi. According to uniaxial compression test results, the compressive strength of the alloys is 1980 MPa. Their microhardness HV is 6.4 ± 0.8 GPa. Instrumental indentation has been used to determine their hardness under load (HM = 9.4 GPa) and characteristics of their plastic and elastic deformation. The synthesized alloys have been shown to have high plasticity.

Keywords

pressure-assisted electrothermal explosion, exothermic synthesis, titanium nickelide, phase composition, indentation, elastic and plastic deformation

References

Otsuka K., Ren X. Physical Metallurgy of Ti–Ni-Based Shape Memory Alloys // Prog. Mater Sci. 2005. V. 50. P. 511–678.
Гюнтер В.Э., Ходоренко В.Н., Ясенчук Ю.Ф. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения. Томск: МИЦ, 2006. 296 с.
Matthew D., McNeese, Dimitris C., Lagoudas, Thomas C., Pollock. Processing of TiNi from Elemental Powders by Hot Isostatic Pressing // Mater. Sci. Eng., A. 2000. V. 280. № 2. P. 334–348.
Bram M., Ahmad-Khanlou A., Heckmann A. Powder Metallurgical Fabrication Processes for NiTi Shape Memory Alloy Parts // Mater. Sci. Eng., A. 2002. V. 337. № 1–2. P. 254–263.
Ходоренко В.Н., Аникеев С.Г., Гюнтер В.Э. Структурные и прочностные свойства пористого никелида титана, полученного методами СВС и спекания // Изв. вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 6. С. 17–23.
Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. Томск: Изд-во ТГУ, 1989. 214 с.
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.
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. P. 247–252. https://doi.org/10.3103/S1061386222050028
Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение, 1996. Т. 3. С. 655.
Li B.Y., Rong L.J., Li Y.Y., Gjunter V.E. Synthesis of Porous Ni–Ti Shape-Memory Alloys by Self-Propagating High-Temperature Synthesis: Reaction Mechanism and Anisotropy in Pore Structure // Acta Mater. 2000. V. 48. P. 3895–3904.
Корчагин М.А., Григорьева Т.Ф., Бохонов Б.Б., Шарафутдинов М.Р., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Твердофазный режим горения в механически активированных СВС-системах. I. Влияние продолжительности механической активации на характеристики процесса и состав продуктов горения // ФГВ. 2003. Т. 39. № 1. С. 51–59.
Корчагин М.А., Григорьева Т.Ф., Бохонов Б.Б., Шарафутдинов М.Р., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Твердофазный режим горения в механически активированных СВС-системах. II. Влияние режимов механической активации на характеристики процесса и состав продуктов горения // ФГВ. 2003. Т. 39. № 1. С. 60–68.
Kochetov N.A., Shchukin A.S., Seplyarskii B.S. Influence of High-Energy Ball Milling on SHS in the Ti–Ni System // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. V. 28. № 2. P. 146–148. https://doi.org/10.3103/S106138621902006710.15372/FGV20190308
Loccia A.M., Orru R., Cao G., Munira Z.A. Field-Activated Pressure-Assisted Synthesis of NiTi // Intermetallics. 2003. V. 11. P. 555–571.
Garay J.E., Anselmi-Tamburini U., Munir Z.A. Enhanced Growth of Intermetallic Phases in the Ni–Ti System by Current Effects // Acta Mater. 2003. V. 51. P. 4487–4495. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00284-2
Shcherbakov V.A., Shcherbakov A.V., Bostandzhiyan S.A. Electrothermal Explosion of a Titanium−Soot Mixture under Quasistatic Compression. I. Thermal and Electric Parameters // Combust. Explos. Shock Waves. 2019. V. 55. № 1. P. 74–81. https://doi.org/10.1134/S0010508219010088
Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. ГОСТ Р 8.748-2011 (ИСО 14577-1:2002).
Райченко А.И. Модель процесса уплотнения пористого порошкового упруго-вязкого материала при электроспекании // Металлофизика и новейшие технологии. 2016. T. 38. № 5. C. 635–645. https://doi.org/10.15407/mfint.38.05.0635
Yi H.C., Moore J.J. A Novel Technique for Producing Niti Shape Memory Alloy Using the Thermal Explosion Mode of Combustion Synthesis // Scr. Metall. 1988. V. 22. P. 1889–1892.
Малыгин Г.А. Гетерогенное зарождение мартенсита на преципитатах и кинетика мартенситного превращения в кристаллах с эффектом памяти формы // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. Вып. 8. С. 1491–1496.
Guillonneau G., Wheeler J.M., Wehrs J., Philippe L., Baral P., Höppel H.W., Göken M., Michler J. Determination of the True Projected Contact Area by in Situ Indentation Testing // J. Mater. Res. 2019. V. 34. P. 2859–2868. https://doi.org/10.1557/jmr.2019.236