Влияние механической активации порошка вольфрама на структуру и свойства спеченного материала Sn-Cu-Co-W

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Одним из методов повышения свойств спеченных материалов является механоактивация порошков, обеспечивающая измельчение порошков, изменение их энергетического состояния, интенсификацию спекания порошковых материалов и формирование в них мелкозернистой структуры. При механоактивации вольфрамовых порошков в центробежных шаровых мельницах возможно образование наночастиц, обладающих высокой реакционной способностью. Цель работы – изучение влияния механоактивации частиц вольфрама на структуру и свойства спеченного порошкового материала Sn-Cu-Co-W. Методика исследования. Механическую активацию порошка вольфрама марки W16,5 осуществляли на центробежной шаровой мельнице АГО-2У в течение 5…120 мин с частотами вращения водила 400…1000 об/мин. Смесь порошков вольфрама, олова, меди и кобальта уплотняли статическим прессованием в пресс-формах и спекали в вакууме при 820 °С. Морфологию и размеры частиц порошков, а также структуру спеченных образцов изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и оптической металлографии. Пористость спеченных образцов определяли весовым методом. Измеряли микротвердость структурных составляющих и макротвердость спеченных материалов. Результаты и обсуждения. При исследованных режимах механоактивация сопровождается образованием наночастиц вольфрама с минимальным размером 25 нм. Вместе с этим порошок подвергается наклепу, что затрудняет дальнейшее измельчение. Наночастицы вольфрама, обладающие высокой поверхностной энергией, оказывают заметное влияние на растворение-осаждение кобальта при жидкофазном спекании порошкового материала Sn-Cu-Co-W. Введение в материал нанодисперсного вольфрама замедляет рост частиц кобальта при спекании и способствует получению мелкозернистой структуры. Спеченный материал Sn-Cu-Co-W, содержащий механоактивированный вольфрам, обладает повышенной твердостью 105…107 HRB, что объясняется наклепом частиц вольфрама и дисперсионным упрочнением. Результаты могут быть использованы для повышения механических свойств сплавов Sn-Cu-Co-W, применяемых в качестве металлических связок алмазно-абразивных инструментов.

Об авторах

А. В. Озолин

Email: ozolinml@yandex.ru
Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия; ozolinml@yandex.ru

Е. Г. Соколов

Email: e_sokolov.07@mail.ru
канд. техн. наук, доцент; Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия; e_sokolov.07@mail.ru

Список литературы

  1. Konstanty J. Powder metallurgy diamond tools. – Oxford: Elsevier, 2005. – 152 p. – ISBN 978-1-85617-440-4. – doi: 10.1016/B978-1-85617-440-4.X5077-9.
  2. Composite materials of diamond−(Co–Cu–Sn) system with improved mechanical characteristics. Pt. 1. The influence of hot re-pressing on the structure and properties of diamond−(Co–Cu–Sn) composite / M.V. Novikov, V.A. Mechnyk, M.O. Bondarenko, B.A. Lyashenko, M.O. Kuzin // Journal of Superhard Materials. – 2015. – Vol. 37. – P. 402–416. – doi: 10.3103/S1063457615060052.
  3. Sokolov E.G. Structure formation during liquid-phase sintering of the diamond-containing composites with Sn-Cu-Co-W binders // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284. – P. 127–132. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/SSP.284.127' target='_blank'>www.scientific.net/SSP.284.127.
  4. Исследование структуры и механических свойств нано- и ультрадисперсных механоактивированных вольфрамовых псевдосплавов / В.Н. Чувильдеев, А.В. Нохрин, Г.В. Баранов, А.В. Москвичева, Ю.Г. Лопатин, Д.Н. Котков, Ю.В. Благовещенский, Н.А. Козлова, С.В. Шотин, Д.А. Конычев, А.В. Пискунов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2010. – № 2 (1). – С. 47–59.
  5. Исследование процессов спекания нано- и ультрадисперсных механоактивированных порошков системы W-Ni-Fe и получение сверхпрочных тяжелых вольфрамовых сплавов / В.Н. Чувильдеев, А.В. Нохрин, Г.В. Баранов, М.С. Болдин, А.В. Москвичева, Н.В. Сахаров, Д.Н. Котков, Ю.Г. Лопатин, В.Ю. Белов, Ю.В. Благовещенский, Н.А. Козлова, Д.А. Конычев, Н.В. Исаева // Металлы. – 2014. – № 2. – С. 51–66.
  6. Fabrication of W-Cu functionally graded composites using high energy ball milling and spark plasma sintering for plasma facing components / L.K. Pillari, S.R. Bakshi, P. Chaudhuri, B.S. Murty // Advanced Powder Technology. – 2020 – Vol. 31 (8). – P. 3657–3666. – doi: 10.1016/j.apt.2020.07.015.
  7. Effects of sintering temperature on fine-grained tungsten heavy alloy produced by high-energy ball milling assisted spark plasma sintering / L. Ding, D.P. Xiang, Y.Y. Li, C. Li, J.B. Li // Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2012. – Vol. 33. – P. 65–69. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2012.02.017.
  8. Refinement process and mechanisms of tungsten powder by high energy ball milling / Y.X. Liang, Z.M. Wu, E.G. Fu, J.L. Du, P.P. Wang, Y.B. Zhao, Y.H. Qiu, Z.Y. Hu // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2017. – Vol. 67. – P. 1–8. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.04.006.
  9. Dispersed strengthening of a diamond composite electrochemical coating with nanoparticles / N.I. Polushin, A.V. Kudinov, V.V. Zhuravlev, N.N. Stepareva, A.L. Maslov // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. – 2013. – Vol. 54. – P. 412–416. – doi: 10.3103/S1067821213050088.
  10. Variation in the structure and properties of sintered alloys under the effect of nanodimensional carbon additives / P.A. Vityaz’;, V.I. Zhornik, S.A. Kovaleva, V.A. Kukareko // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. – 2016. – Vol. 57. – P. 135–140. – doi: 10.3103/S1067821216020115.
  11. Performance of diamond drill bits with hybrid nanoreinforced Fe-Ni-Mo binder / P.A. Loginov, D.A. Sidorenko, M.Y. Bychkova, A.A. Zaitsev, E.A. Levashov // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 102. – P. 2041–2047. – doi: 10.1007/s00170-018-03262-0.
  12. The effect of ZrO2 nanoparticles on the microstructure and properties of sintered WC–bronze-based diamond composites / Y. Sun, H. Wu, M. Li, Q. Meng, K. Gao, X. Lü, B. Liu // Materials. – 2016. – Vol. 9, N 343. – doi: 10.3390/ma9050343.
  13. Шарин П.П. Новый метод приготовления твердосплавной шихты с упрочняющими наночастицами для изготовления матриц алмазных инструментов // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. – 2016. – № 1 (51). – С. 78–87.
  14. Гегузин Я.Е. Физика спекания. – М.: Наука, 1967. – 360 с.
  15. Основы теории межфазного слоя / И.Ф. Образцов, С.А. Лурье, П.А. Белов, Д.Б. Волков-Богородский, Ю.Г. Яновский, Е.И. Кочемасова, А.А. Дудченко, Е.М. Потупчик, Н.П. Шумова // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2004. – Т. 10, № 4. – С. 596–612.
  16. Multiscale modelling of aluminium-based metal-matrix composites with oxide nanoinclusions / S. Lurie, D. Volkov-Bogorodskiy, Y. Solyaev, R. Rizahanov, L. Agureev // Computational Materials Science. – 2016. – Vol. 116. – P. 62–73. – doi: 10.1016/j.commatsci.2015.12.034.
  17. Kostikov V.I., Agureev L.E., Eremeeva Z.V. Development of nanoparticle-reinforced alumocomposites for rocket-space engineering // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. – 2015. – Vol. 56 (3). – P. 325–328. – doi: 10.3103/S1067821215030104.
  18. Зеликман А.Н. Металлургия тугоплавких редких металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 440 с.
  19. Predescu C., Nicolicescu C., Nicoara V.H. Studies regarding the elaboration of tungsten nanopowders by mechanical milling process // Metalurgia International. – 2013. – Vol. 18, iss. 2. – P. 65–68.
  20. Озолин А.В., Соколов Е.Г., Гапоненко С.А. Получение нанодисперсных порошков вольфрама механическим измельчением // Материалы и технологии XXI века: XVI Международная научно-техническая конференция / под ред. О.Е. Чуфистова. – Пенза: Приволжский дом знаний, 2019. – С. 46–50.
  21. Соколов Е.Г., Артемьев В.П. Влияние вольфрама на свойства металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой // Технология металлов. – 2015. – № 2. – С. 19–22.
  22. Диаграммы двойных металлических систем: справочник. В 3 т. Т. 2 / под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1997. – 1024 c. – ISBN 5-217-01569-1.
  23. Ozolin A.V., Sokolov E.G., Golius D.A. Effect of tungsten nanoparticles on interaction of Sn-Cu-Co metallic matrices with diamond // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1155. – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899X/1155/1/012016.
  24. Ивенсен В.А. Феноменология спекания и некоторые вопросы теории. – М.: Металлургия, 1985. – 247 с.
  25. German R.M. Sintering: From empirical observations to scientific principles. – Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. – 544 p. – ISBN 978-0-12-401682-8. – doi: 10.1016/C2012-0-00717-X.
  26. Шатинский В.Ф., Збожная О.М., Максимович Г.Г. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов. – Киев: Наукова думка, 1976. – 203 с.
  27. The surface energy of metals / L. Vitos, A.V. Ruban, H.L. Skriver, J. Kollár // Surface Science. – 1998. – Vol. 411. – P. 186–202. – doi: 10.1016/S0039-6028(98)00363-X.
  28. Есенберлин Р.Е. Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде и вакууме. – Л.: Машиностроение, 1972. – 184 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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).