Structural-Phase Changes of the Fe3C/Fe7C3/P-Phase/Cam
Mechanocomposite at Heating

N. S. Larionova; Ларионова Н. С.; R. M. Nikonova; Никонова Р. М.; V. I. Lad’yanov; Ладьянов В. И.; A. A. Suslov; Суслов А. А.; A. L. Ul’yanov; Ульянов А. Л.

doi:10.31857/S0015323022601143

Структурно-фазовые изменения механокомпозита Fe₃C/Fe₇C₃/П-фаза/С_ам при нагреве

Авторы: Ларионова Н.С.¹, Никонова Р.М.¹, Ладьянов В.И.¹, Суслов А.А.¹, Ульянов А.Л.¹
Учреждения:
1. Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Выпуск: Том 124, № 3 (2023)
Страницы: 284-291
Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139384
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601143
EDN: https://elibrary.ru/CLJXNV
ID: 139384

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методами рентгеновской дифракции, мёссбауэровской спектроскопии, термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии исследовано влияние температурных воздействий на структуру и фазовый состав композита Fe₃C/Fe₇C₃/П-фаза/С_ам, полученного методом механосинтеза Fe–75 ат. % С. Показано, что структурно-фазовые изменения при нагреве имеют многоступенчатый характер. В интервале температур 315–400°С происходит кристаллизация парамагнитной П-фазы с формированием Fe₃C и/или Fe₇C₃. В процессе нагрева до более высоких температур наблюдается полное разложение карбида Fe₇C₃ (в интервале 450–550°С) и частичное разложение Fe₃C (при 600°С и выше). После охлаждения от 800–1000°С механокомпозит состоит из α-Fe, цементита Fe₃C и графита. Фазовые изменения сопровождаются процессами окисления композита с формированием оксида Fe₃O₄ и последующего его восстановления. П-фаза представляет собой неупорядоченный аморфный карбид Fe_{1 –} _xC_x, который при температуре жидкого азота характеризуется магнитным упорядочением.

Ключевые слова

механосинтез, углерод, фуллерит, графит, карбиды железа, механокомпозиты, in situ рентгеновская дифракция, мессбауэровская спектроскопия

Список литературы

Zhao X., Sanderson R.J., MacEachern L., Dunlap R.A., Obrovac M.N. Mössbauer and electrochemical investigations of carbon-rich Fe1 – xCx films // Electrochim. Acta. 2015. V. 170. P. 16–24.
Dong X.L., Zhang Z.D., Xiao Q.F., Zhao X.G., Chuang Y.C., Jin S.R., Sun W.M., Li Z.J., Zheng Z.X., Yang H. Characterization of ultrafine γ-Fe(C), α-Fe (C) and Fe3C particles synthesized by arc-discharge in methane // J. Mater. Sci. 1998. V. 33. P. 1915–1919.
Tanaka T., Nasu S., Ishihara K.N., Shingu P.H. Mechanical alloying of the high carbon Fe–C system // J. Less-Common Metals. 1991. V. 171. P. 237–247.
Campbell S.J., Wang G.M., Calka A., Kaczmarek W.A. Ball milling of Fe75-C25: formation of Fe3C and Fe7C3 // Mater. Sci. Eng. A. V. 1997. V. 226-228. P. 75–79.
Al-Joubori A.A., Suryanarayana C. Synthesis of Fe–C alloys by mechanical alloying // Mater. Sci. Techn. 2014. Pittsburgh, Pennsylvania, USA. P. 509–516.
Дорофеев Г.А. Механизмы, кинетика и термодинамика механического сплавления в системах железа с sp-элементами / Диссертация на соискание степени док. ф.-м. н. Физико-технический институт УрО РАН. Ижевск, 2006.
Волков В.А., Елькин И.А., Загайнов А.В. Протасов А.В., Елсуков Е.П. Динамические равновесия фаз в процессах механосинтеза сплава состава Fe72.6C24.5O1.1N1.8 // ФММ. 2014. Т. 115. № 6. С. 593–601.
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A., Fomin V.M. Phase composition and structure of the Fe(100 – x)C(x); x = 5–25 at. % powders after mechanical alloying and annealing // J. Metastable Nanocryst. Mater. 2003. V. 15. P. 445–450.
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A. Mechanical alloying in binary Fe–M (M = C, B, Al, Si, Ge, Sn) systems // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 5071–5079.
Prokhorov V.M., Bagramov R.H., Blank V.D., Pivovarov G.I. Pulse acoustic microscopy characterization of the elastic properties of nanostructured metal-nanocarbon composites // Ultrasonics. 2008. V. 48. P. 578–582.
Robles Hernandez F.C. Production and characterization of Fe–Cgraphite and Fe–Cfullerene composites produced by different mechanical alloying techniques // J. Metal. 2004. V. 10. № 2. P. 107–118.
Boshko O., Nakonechna O., Belyavina N., Dashevskyi M., Revo S. Nanocrystalline Fe–C composites obtained by mechanical alloying of iron and carbon nanotubes // Adv. Powder Techn. 2017. V. 28. P. 964–972.
Борисова П.А., Агафонов С.С., Блантер М.С, Соменков В.А. Нейтронографическое исследование взаимодействия железа с аморфным фуллеритом // ФТТ. 2014. Т. 56. № 1. С. 194–197.
Meher B.S., Saha R., Chaira D. Fabrication of MWCNTs reinforced iron metal matrix composite by powder metallurgy: Effects of wet and dry milling // J. Alloys and Compounds. 2021. V. 872. 159688.
Баринов В.A., Цурин В.A., Суриков В.T. Исследование механосинтезированного карбида “Fe7C3” // ФММ. 2010. Т. 110. № 5. С. 497–507.
Ломаева С.Ф. Структурно-фазовые превращения, термическая стабильность, магнитные и коррозионные свойства нанокристаллических систем на основе железа, полученных механоактивацией в органических средах // ФММ. 2007. Т. 104. № 4. С. 403–422.
Ларионова Н.С., Никонова Р.М., Ульянов А.Л., Ладьянов В.И. Влияние формы углерода (фуллерит, графит) на фазовый состав механокомпозитов с железом // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 745–753.
Larionova N.S., Nikonova R.M., Ul’yanov A.L., Lad’yanov V.I., Kamaeva L.V. Structural-phase composition of iron-containing high carbon composites with fullerite and graphite obtained by mechanosynthesis // J. Alloys and Compounds. 2022. V. 909. 164749.
Ларионова Н.С., Никонова Р.М., Ульянов А.Л., Мокрушина М.И., Ладьянов В.И. Деформационно-индуцированные структурно-фазовые превращения при механосинтезе Fe-фуллерит в толуоле // ФММ. 2019. Т. 120. № 9. С. 936–945.
Глебов В.А., Попова О.И., Бакулина А.С., Чуканов А.П., Ягодкин Ю.Д., Щетинин И.В. Структурные превращения в стали 12Х12М1БФР при высокоэнергетическом измельчении с добавками фуллеренов и углеродных нанотрубок // Металловедение и термич. обработка материалов. 2009. № 12. С. 3–6.
Eckstrom H.C., Adcock W.A. A new iron carbide in hydrocarbon synthesis catalysts // J. Am. Chem. Soc. 1950. V. 72. № 2. P. 1042–1043.
Herbstein F.H., Snyman J.A. Identification of Eckstrom-Adcock Iron Carbide as Fe7C3 // Inorg. Chem. 1964. V. 3. № 6. P. 894–896.
Okamoto H. The C-Fe (Carbon-Iron) System // J. Phase Equilibria. 1992. V. 13. № 5. P. 543–565.
Voronina E.V., Ershov N.V., Ageev A.L., Babanov Yu.A. Regular algorithm for the solution of the inverse problem in Mossbauer spectroscopy // Phys. Stat. Sol. 1990. V. 160. P. 625–634.
da Costa G.M., de Grave E., de Bakker P.M.A., Vandenberghe R.E. Influence of nonstoichimetry and the presence of mghemite on the Mossbauer spectrum of magnetite // Clay and Clay Minerals. 1995. V. 43. P. 656–668.
Третьяков В.Д., Путляев В.И. Введение в химию твердофазных материалов // М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 400 с.
Mori K., Okada T., Takagii Y., Takada Y., Mizoguchi T. Oxidation and Disproportionation of Wüstite Studied by Mössbauer Spectroscopy // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. V. 38. P. L 189–L 191.
Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. // Общая металлургия // М.: ИКЦ “Академкнига”, 2005. 768 с.
Бердников В.И., Гудим Ю.А. Химические реакции при восстановлении железа из оксидов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 10. С. 842–847.