Application of Dynamic Diffractometry Method using Synchrotron Radiation to Study Phase Formation Processes during Synthesis of Mechanically Activated Ti–Al–C Mixture

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

By the method of dynamic diffractometry on synchrotron radiation beams, we conducted experimental studies of phase formation processes during the high-temperature synthesis of mechanically activated powder mixture Ti + Al + C. High-temperature synthesis was carried out in thermal explosion mode based on a microwave induction heater, in in situ mode, on an experimental complex adapted to the method of dynamic diffractometry. The experiments were conducted at the "Diffraction Cinema" station of VEPP-3, channel 5B, at Budker Institute of Nuclear Physics SB RAS. It has been experimentally determined that the synthesis of composite material occurs in multiple stages. The beginning of phase changes begins at a temperature of approximately 870°C. At the beginning, the formation of the intermetallic compound TiAl3 is observed. Then a Ti–Al melt is formed with the release of TiC grains, which provides the main heat release and initiates a thermal explosion reaction. Further, the Ti–Al melt, due to the dissolution of TiC grains in it, is saturated with carbon, and when the temperature reaches 1800°C, the MAX phase Ti2AlC crystallizes from it. The maximum amount of it is fixed at the exposure stage. With a decrease in temperature, along with Ti2AlC, the MAX phase of Ti3AlC2 is formed. At this stage, by controlling the temperature, it is possible to control the content of MAX phases in the reaction product. The composition of the final product includes Ti3AlC2, Ti2AlC and TiC.

About the authors

A. V Sobachkin

Polzunov Altai State Technical University

Author for correspondence.
Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia

M. V Loginova

Polzunov Altai State Technical University

Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia

A. A Sitnikov

Polzunov Altai State Technical University

Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia

V. I Yakovlev

Polzunov Altai State Technical University

Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia

V. Yu Filimonov

Polzunov Altai State Technical University; Institute for Water and Environment Problems SB RAS

Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia; Barnaul, Russia

A. Yu Myasnikov

Polzunov Altai State Technical University; Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS

Email: aniepi@rambler.ru
Barnaul, Russia; Novosibirsk, Russia

M. R Sharafutdinov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS; Boreskov Institute of Catalysis of SB RAS

Email: aniepi@rambler.ru

Synchrotron Radiation Facility - Siberian Circular Photon Source "SKIF"

Novosibirsk, Russia; Novosibirsk, Russia

References

  1. Tomoshige R., Tanaka H. // Archives of Metallurgy and Materials. 2014. V. 59. № 4. P. 1575. https://www.doi.org/10.2478/amm-2014-0267
  2. Prikhna T.A., Dub S.N., Starostina A.V., Karpets M.V., Cabioshi T., Chartier P. // J. Superhard Mater. 2012. V. 34. P. 102. https://www.doi.org/10.3103/S1063457612020049
  3. Rahman A., Rahaman Z. // Am. J. Modern Phys. 2015. V. 4. Iss. 2. P. 75. https://www.doi.org/10.11648/j.ajmp.20150402.15
  4. Zhou A., Wang C., Huang Y. // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 352. Iss. 1–2. P. 333. https://www.doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00937-1
  5. Tzenov N.V., Barsoum M.W. // J. Am. Ceramic Soc. 2000. V. 83. Iss. 4. P. 825. https://www.doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01281.x
  6. Yoshida M., Hoshiyama Y., Ommyojil J., Yamaguchi A. // Mater. Sci. Eng. B. 2010. V. 173. Iss. 1–3. P. 126. https://www.doi.org/10.1016/j.mseb.2010.01.006
  7. Barsoum M.W., El-Raghy T., Ali M. // Metallurgical Mater. Trans. A. 2000. V. 31. P. 1857. https://www.doi.org/10.1007/s11661-006-0243-3
  8. Potanin A.Yu., Loginov P.A., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Patsera E.I., Kochetov N.A. // Eurasian Chemico-Technological Journal. 2015. V. 17. № 3. P. 233. https://www.doi.org/10.18321/ectj249
  9. Давыдов Д.М., Умеров Э.Р., Латухин Е.И., Амосов А.П. // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 3. С. 37. https://www.doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47.
  10. Pazniak A., Bazhin P., Shchetinin I., Kolesnikov E., Prokopets A., Shplis N., Stolin A., Kuznetsov D. // Ceramics Int. 2019. V. 45. № 2. P. 2020. https://www.doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.10.101.
  11. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермович А.А., Давыдов Д.М. // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. T. 16. № 6. C. 50.
  12. Ge Z., Chen K., Guo J., Zhou H., Ferreira J.M.F. // J. Europ. Ceramic Soc. 2003. V. 23. Iss. 3. P. 567. https://www.doi.org/10.1016/S0955-2219(02)00098-5
  13. Ковалев Л.Ю., Аверчеев О.А., Лучинина М.А., Бажин Н.М. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 4. C. 11. https://www.doi.org/10.17073/1997-308X-2017-4-11-18
  14. Левашов Е.А., Погожев Ю.С., Штанский Д.В., Петржик М.И. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. № 3. C. 13.
  15. Чумаков Ю.А., Князева А.Г., Прибытков Г.А. // Химическая физика и мезоскопия. 2020. T. 22. № 4. C. 405. https://www.doi.org/10.15350/17270529.2020.4.39
  16. Hendaoui A., Andasmas M., Amara A., Benalajia A., Langlois P., Vrel D. // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2008. V. 17. P. 129. https://www.doi.org/10.3103/S1061386208020088
  17. Прибытков Г.А., Криницын М.Г., Коржова В.В., Барановский А.В. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. № 3. C. 26. https://www.doi.org/10.17073/1997-308X-2019-3-26-35
  18. Луц А.Р., Амосов Е.А., Рыбаков А.Д. // Вестник Брянского государственного технического университета. 2018. № 4. C. 31. https://www.doi.org/10.30987/article_5b28d195123e04-54135857
  19. Yang C., Jin S., Liang B., Liu G., Duan L., Jia S. // J. Alloys Compd. 2009. V. 472. Iss. 1–2. P. 79. https://www.doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.04.031
  20. Zhou A., Wang C., Ge Z., Wu L. // J. Mater. Sci. Lett. 2001. V. 20. P. 1971. https://www.doi.org/10.1023/A:1013147121618
  21. Korchagin M.A., Gavrilov A.I., Grishina I.V., Dudina D.V., Ukhina A.V., Bokhonov B.B., Lyakhov N.Z. // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2022. V. 58. P. 46. https://www.doi.org/10.1134/S0010508222010051
  22. Hendaoui A., Vrel D., Amara A., Langlois P., Andasmas M., Gueroune M. // J. Europ. Ceramic Soc. 2010. V. 30. Iss. 4. P. 1049. https://www.doi.org/10.1016/j.jeurecamsoc.2009.10.001
  23. Ponomarev V.I., Kovalev D.Yu. // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2005. V. 14. № 2. P. 111.
  24. Rogachev A.S., Gachon J.-C., Grigoryan H.E., Vrel D., Schuster J.C., Sachkova N.V. // J. Mater. Sci. 2005. V. 40. P. 2689. https://www.doi.org/10.1007/s10853-005-2107-4
  25. Riley D.P., Kisi E.H., Hansen T.C., Hewat A.W. // J. Am. Ceramic Soc. 2002. 85. Iss. 10. P. 2417. https://www.doi.org/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00474.x
  26. Bazhin P.M., Kovalev D.Yu., Luginina M.A., Averichev O.A. // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2016. V. 25. P. 30. https://www.doi.org/10.3103/S1061386216010027
  27. Filimonov V.Yu., Loginova M.V., Ivanov S.G., Sitnikov A.A., Yakovlev V.I., Sobachkin A.V., Negodyaev A.Z., Myasnikov A.Yu., Tolochko B.P., Sharafutdinov M.R. // Mater. Chem. Phys. 2020. V. 243. P. 122611. https://www.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122611
  28. Filimonov V.Yu., Loginova M.V., Sobachkin A.V., Ivanov S.G., Sitnikov A.A., Yakovlev V.I., Negodyaev A.Z., Myasnikov A.Yu. // Inorg. Mater. 2019. V. 55. P. 1097. https://www.doi.org/10.1134/S0020168519110049
  29. Loginova M., Sobachkin A., Sitnikov A., Yakovlev V., Filimonov V., Myasnikov A., Sharafutdinov M., Tolochko B. // J. Synchrotron Radiation. 2019. V. 26. P. 422. https://www.doi.org/10.1107/S1600577518017691
  30. Loginova M., Sobachkin A., Sitnikov A., Yakovlev V., Filimonov V., Myasnikov A., Sharafutdinov M., Tolochko B., Gradoboev A. // J. Synchrotron Radiation. 2019. V. 26. P. 1671. https://www.doi.org/10.1107/S1600577519010014
  31. Loginova M., Sobachkin A., Sitnikov A., Yakovlev V., Myasnikov A., Sharafutdinov M., Tolochko B., Golovina T. // J. Synchrotron Radiation. 2022. V. 29. P. 698. https://www.doi.org/10.1107/S1600577522002004
  32. Оводок Е.А., Ивановская М.И., Позняк С.К., Азарко И.И., Мичусик M., Анискевич А.Н. // Свиридовские чтения. Минск: Краснок-принт, 2021. Вып. 17. C. 47.
  33. Zou Y., Sun Z.M., Tada S., Hashimoto H. // Scripta Materialia. 2007. V. 56. Iss. 9. P. 725. https://www.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.01.026
  34. Амосов Е.А., Ковалев Л.Ю., Латухин Е.И., Коновалихин С.В., Сычев А.Е. // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки. 2017. № 2. C. 161.
  35. Spencer C.B. Fiber-Reinforced Ti,SiC, and TiAlCO MAY Phase Composites. // Thesis in Materials Science and Engineering. Philadelphia: Drexel University, 2010. 92 p.
  36. Pang W.-K., Low I.-M., Sun Z.-M. // J. Am. Ceramic Soc. 2010. V. 93. Iss. 9. P. 2871. https://www.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03764.x
  37. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Новиков В.А. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 6. C. 53. https://www.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-53-62
  38. Аверичев О.А., Прохопец А.Д., Столин Л.А. // Новые огнеупоры. 2019. № 4. C. 57. https://www.doi.org/10.17073/1683-4518-2019-4-57-60

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».