MAKROKINETIChESKIE ZAKONOMERNOSTI SINTEZA METALLOKERAMIKI TiC–CoCrFeNiAl IZ GRANULIROVANNYKh SMESEY

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Впервые исследованы закономерности синтеза металлокерамики из гранулированных смесей (100 – X)(Ti + C) + X(Co–Cr–Fe–Ni–Al) при X = 0–30%. Известно, что режим горения гранулированных смесей зависит от преобладающего механизма воспламенения гранул – путем кондуктивной теплопередачи от гранулы к грануле или нагревом гранул с поверхности потоком горячего примесного газа, выделяющегося в процессе горения. Сформулированы необходимые и достаточные условия перехода от кондуктивного горения к конвективному, что дало возможность определить состав смеси, горение которой отвечает этим условиям. Определено содержание примесных газов для каждого состава и рассчитана скорость фронта горения по теории фильтрационного горения. Сравнение экспериментальной и расчетной скорости горения показывает, в каком режиме горит смесь каждого состава. Для смеси из гранул размером 1.7 мм при X ≤ 20% фильтрация примесных газов через образец приводит к конвективному режиму горения, при X >20% – к кондуктивному. Во всех смесях из гранул размером 0.6 мм реализуется кондуктивный режим горения. Для смесей, горящих в конвективном режиме, по экспериментальным данным рассчитаны значения коэффициента межфазового теплообмена. Они более чем на порядок превышают значения, полученные по известным теоретическим формулам для инертной зернистой среды.

References

  1. Sharma A. High Entropy Alloy Coatings and Technology // Coatings. 2021. V. 11. № 4. P. 372.
  2. Xiao M., Nai S., Nan S. Feng C., Guan Z., Huo C., Zhang F., Qiu Z., Li G. Preparation, Mechanical Properties and Wear Resistance of Dual-sized TiC Particles Reinforced High-entropy Alloy Cermet Coating // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 97.
  3. Steurer W. Single-phase High-Entropy Alloys–A Critical Update // Mater. Charact. 2020. V. 162. P. 110179.
  4. Xue M., Mao X., Lv Y., Chi Y., Yang Y., He J., Dong Y. Comparison of Micro-nano FeCoNiCrAl and FeCoNiCrMn Coatings Prepared from Mechanical Alloyed High-entropy Alloy Powders // J. Therm. Spray Tech. 2021. V. 30. P. 1666.
  5. Li X., Wang Y., Wang F. et al. Subsonic-flame-sprayed CoCrFeNi, AlCoCrFeNi, and MnCoCrFeNi-based High-entropy Alloy Coatings and Their Tribological Behaviors // J. Therm. Spray Tech. 2023. V. 32. P. 96.
  6. Fang Y., Chen N., Du G. et al. High-temperature Oxidation Resistance, Mechanical, and Wear Resistance Properties of Ti(C,N)-based Cermets with Al0.3CoCrFeNi High-entropy Alloy as a Metal Binder // J. Alloys Compd. 2020. V. 815. P. 152486.
  7. Wang Y.P., Li B.S., Ren M.X. et al. Microstructure and Compressive Properties of AlCrFeCoNi High Entropy Alloy // Mater. Sci. Eng., A. 2008. V. 491. № 1–2. P. 154.
  8. Fan Q., Chen C., Fan C. et al. Effect of High Fe Content on the Microstructure, Mechanical and Corrosion Properties of AlCoCrFeNi High-entropy Alloy Coatings Prepared by Gas Tungsten Arc Cladding // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 418. P. 127242.
  9. Zhu G., Liu Y., Ye J. Fabrication and Properties of Ti(C,N)-based Cermets with Multi-component AlCoCrFeNi High-entropy Alloys Binder // Mater. Lett. 2013. V. 113. P. 80.
  10. Huang J., Luo F., Zhao Y., Shi W. Preparation of AlCoCrFeNi/W–TiC HEA Composite Coating by Laser Cladding // Mater. Today Commun. 2024. V. 39. P. 108677.
  11. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kochetov N.A. et al. Combustion Synthesis of TiC-based Ceramic–Metal Composites with High Entropy Alloy Binder // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 7. P. 2527.
  12. Seplyarskii B.S., Abzalov N.I., Kochetkov R.A. et al. Combustion Synthesis of TiC-high Entropy Alloy CoCrFeNiMn Composites from Granular Mixtures // Ceramics Int. 2024. V. 50. P. 39159.
  13. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Lisina T.G., Rubtsov N.M., Abzalov N.I. Explanation of the Increase in the Combustion Velocity of a Ti + C Powder Mixture upon Dilution with Nickel Using a Convective– Conductive Combustion Model // Int. J. SHS. 2022. V. 31 № 4. P. 195.
  14. Гусаченко Л.К., Зарко В.Е., Рычков А.Д., Шокина Н.Ю. Фильтрационное горение энергетического материала в спутном потоке собственных продуктов. Критические условия // ФГВ. 2003. Т. 39. № 6. С. 97.
  15. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Кондуктивный и конвективный режимы горения гранулированных смесей Ti–C–NiCr // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 7. С. 56.
  16. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989.
  17. Шелудяк Ю.В., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем: Спр. М.: НПО Информ ТЭИ, 1992.
  18. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985.
  19. Shiryaev A. Thermodynamics of SHS Processes: An Advanced Approach // Int. J. SHS. 1995. V. 4. № 4. P. 351.
  20. Вершинников В.И., Филоненко А.К. О зависимости скорости безгазового режима горения от давления // ФГВ. 1978. Т. 14. № 5. С. 42.
  21. Мержанов А.Г., Рогачев А.С., Умаров Л.М., Кирьяков Н.В. Экспериментальное исследование газовой фазы, образующейся в процессах самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // ФГВ. 1997. Т. 33. № 4. С. 55.
  22. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Режимы горения гранулированной смеси Ti + C при различном содержании газифицирующейся добавки // ФГВ. 2021. Т. 57. № 3. С. 88.
  23. Сеплярский Б.С., Абзалов Н.И., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. Макрокинетика горения гранулированных смесей (Ti + C)–Ni. Влияние размера гранул // ФГВ. 2022. Т. 58. № 2. С. 58.
  24. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
  25. Зенин А.А., Мержанов А.Г., Нерсисян Г.А. Исследование структуры тепловой волны в СВСпроцессах (на примере синтеза боридов) // ФГВ. 1981. Т. 17. № 1. С. 79.
  26. Алдушин А.П., Мартемьянова Т.М., Мержанов А.Г. и др. Распространение фронта экзотермической реакции в конденсированных смесях при взаимодействии компонент через слой тугоплавкого продукта // ФГВ. 1972. Т. 8. № 2. С. 202.
  27. Мартиросян И.А., Долуханян С.Г., Мержанов А.Г. Критические явления при горении смесей типа Атв + Втв + Сг (на примере системы титан–углерод–водород) // ФГВ. 1981.Т. 17. № 4. С. 24.
  28. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А. Исследование закономерностей горения порошковых и гранулированных составов Ti + xC (x > 0.5) в спутном потоке газа // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 9. С. 21.
  29. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Экспериментально-теоретическое определение коэффициента межфазового теплообмена при горении гранулированной СВС-смеси в потоке газа // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 81.
  30. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984.
  31. Касацкий Н.Г., Филатов В.М., Найбороденко Ю.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1991.
  32. Massoud K. Principles of Heat Transfer in Porous Media. Springer, 1995.
  33. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Природа увеличения скорости горения порошковой смеси Ti + C при разбавлении ее инертной добавкой // ЖФХ. 2023. Т. 97. № 3. С. 438.
  34. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. Конвективный режим горения гранулированной смеси Ti + 0.5C. Область существования и основные закономерности // ФГВ. 2019. Т. 55. № 3. С. 57.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).