Особенности процесса механического легирования и факторы, влияющие на свойства обрабатываемых материалов

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

2017. Т. 24. № 1. С. 146-159.

Авторы

Косолапов Д. В. *, Курбаткина Е. И. **, Шавнев А. А. ***

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Государственный научный центр Российской Федерации, ВИАМ, ул. Радио, 17, Москва, 105005, Россия

*e-mail: d.kosolapov87@gmail.com
**e-mail: elena.kurbatkina@mail.ru
***e-mail: as151@mail.ru

Аннотация

Рассмотрен один из методов порошковой металлургии механическое легирование (МЛ), используемый для получения композиционных материалов. Проанализировано влияние технологических режимов на процесс МЛ. Приведены основные виды используемых мельниц, рассмотрено влияние формы контейнеров, мелющих тел, скорости, соотношения массы шаров к массе материала и температуры на процесс МЛ. Показано влияние технологических режимов обработки на особенности механического перемешивания, твердофазных реакций, аморфизации и фазовых превращений. Помимо влияния непосредственно технологических режимов и инструмента, предназначенного для МЛ, рассмотрено влияние на фракционный, химический и фазовый состав композиционных гранул примесей, способных как ускорять процесс образования пересыщенных твердых растворов и аморфных фаз, так и препятствовать диффузии, образовывать аморфные оксиды и фазы с обрабатываемыми материалами.

Ключевые слова

порошковая металлургия, механическое легирование, композиционные материалы, твердофазное взаимодействие

Библиографический список

  1. Campbell S.J., Kaczmarek W.A. Mossbauer Spectroscopy. Applied to Materials and Magnetism / Edited by Gary J. Long and Fernande Grandjean. – New York: Plenum Press, 1996. Vol. 2, pp. 273-330.

  2. Каблов Е.Н. Современные материалы – основа инновационной модернизации России // Металлы Евразии. 2012. № 3. С. 10-15.

  3. Каблов Е.Н. Разработки ВИАМ для газотурбинных двигателей и установок // Крылья Родины. 2010. № 4. С. 31-33.

  4. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Базылева О.А. Материалы для высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. №SP2. С. 13-19.

  5. Каблов Е.Н., Герасимов В.В., Висик Е.М., Демонис И.М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД // Труды ВИАМ. 2013. № 3. URL: http://www.viam-works.ru/ru/articles?art_id=15 (дата обращения 17.08.2016).

  6. История авиационного материаловедения. ВИАМ – 80 лет: годы и люди / Под общ. ред. Е.Н. Каблова. – М.: ВИАМ. 2012. – 520 с.

  7. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science. 2001.Vol. 46, pp. 1-184.

  8. Neamюu B.V., Chicinaє H.F., Marinca T.F., Isnard O., Chicinaє I. Preparation and characterisation of Co-Fe-Ni-M-Si-B (M = Zr, Ti) amorphous powders by wet mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 673, pp. 80-85.

  9. Lin C.K., Lee P.Y., Kao S.W., Chen G.S., Louh R.F., Hwu Y. Solid State Amorphization of Fe50Nb50 Powders During Mechanical Alloying // Materials Science Forum. 1999. Vol. 312-314, pp. 55-60.

  10. Nagarajan R., Ranganathan S. A study of the glass-forming range in the ternary Ti---Ni---Al system by mechanical alloying // Materials Science and Engineering: A. 1994. Vol. 179/180, pp. 168-172.

  11. Takeushi T., Koyano T., Utsumi M., Fukunaga T., Kaneko K., Mizutani U. Effects of ambient temperature and acceleration on various mechanical alloying products: MgAlZn quasicrystals, NiZr amorphous alloys and amorphous Se // Materials Science and Engineering: A. 1994. Vol. 179/180, pp. 224-228.

  12. Asahi N., Maki T., Matsumoto S., Sawai T. Quasicrystallization Characteristics of Mechanically Alloyed Al65Cu20Fe15 Powder // Materials Science and Engineering: A. 1994. Vol. 179/180, pp. 841-844.

  13. Hightower A., Fultz B., Bowman Jr.R.C. Mechanical alloying of Fe and Mg // Journal of Alloys Compounds. 1997. Vol. 252, pp. 238-244.

  14. Тихомиров А.В. Моделирование и оптимизация процесса получения механически легированных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2008. 25 с.

  15. Каблов Е.Н., Щетанов Б.В., Гращенков Д.В., Шавнев А.А., Няфкин А.Н. Металломатричные композиционные материалы на основе Al-SiC // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 373-380.

  16. Каблов Е.Н., Чибиркин В.В., Вдовин С.М. Изготовление, свойства и применение теплоотводящих оснований из ММК Al-SiC в силовой электронике и преобразовательной технике // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 2. С. 20-23.

  17. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3-33.

  18. El-Eskandarany M.S. Mechanical Alloying for Fabrication of Advanced Engineering Materials, first ed. – William Andrew Publishing, Norwich, New York, USA. 2001. – 260 p.

  19. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жинов Е.Н. Активация минералов при измельчении. – М.: Недра, 1988. – 208 с.

  20. El-Eskandarany M.S. Mechanical Alloying: Nanotechnology, Materials Science and Powder Metallurgy, 2nd Edition. – Elsevier Science &Technology Books, Oxford, UK, 2015.– 348 р.

  21. Kaloshkin S.D., Tomilin I.A. The crystallization kinetics of amorphous alloys // Thermochimica Acta. 1996. Vol. 280-281, pp. 303-317.

  22. Suryanarayana C. Mechanical alloying, ASM Handbook. – ASM International Publishers, 1998, vol. 7, pp. 80-90.

  23. Cabrera A.F., Rodriguez Torres C.E., Mendoza Zeґ Fernaґ Saґnchez F.H. Magnetic study of Fe65Ni20Nb6B9 nanocomposite alloys // Physica B: Physics of Condensed Matter. 2004. Vol. 354. Issue 1-4, pp. 129-132.

  24. El-Eskandarany M.S., Aoki K., Sumiyama K., Suzuki K. Cyclic phase transformations of mechanically alloyed Co75Ti25 powders // Acta Materialia. 2002. Vol. 50, pp. 1113-1123.

  25. Lewis T.L., Cook B.A., Harringa J.L., Russell A.M. Al2MgO4, Fe3O4, and FeB impurities in AlMgB14 // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 351, pp. 117-122.

  26. Lai M.O., Lu L. Mechanical alloying. – Boston, MA: Kluwer Academic Publishers, 1998. 276 р.

  27. Khorami H.A., Keyanpour-Rad M., Vaezi M.R. Synthesis of SnO2/ZnO composite nanofibers by electrospinning method and study of its ethanol sensing properties // Applied Surface Science. 2011. Vol. 257, pp. 7988-7992.

  28. Gavrilov D., Vinogradov O., Shaw W. Simulation of mechanical alloying in a shaker ball mill with variable size particle // Proceedings of the 10th International Conference on Composite Materials (ICCM-10). 1995. Vol. III. Woodhead Publishing, pp. 299-307.

  29. Takacs L., Pardavi-Horvath M. Magnetic nanocomposites by reaction milling // Scripta Metallurgica et Materialia. 1995. Vol. 33. Issues 10-11, pp. 1731-1740.

  30. Shi F. Comparison of grinding media-Cylpebs versus balls // Minerals Engineering. 2004. Vol. 17. Issues 11/12, pp. 1259-1268.

  31. Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling. – Marcel Dekker, Inc., New York, 2004. – 466 р.

  32. Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling // Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46, pp. 1-184.

  33. Wills B.A. and Napier-Munn T. Will's mineral processing technology: an introduction to the practical aspects of ore treatment and mineral recovery. Elsevier Science & Technology Books, Oxford, U.K. 7 edition. 2006. 444 р.

  34. Abdellaoui M., Gaffet E. The physics of mechanical alloying in a planetary ball mill: Mathematical treatment // Acta Metallurgica et Materialia. 1995. Vol. 43, Issue 3, pp. 1087-1098.

  35. Yavari A.R., Desreґ P.J. Amorphization by mechanical alloying and by solid-state reaction: Similarities and differences // Materials Science and Engineering: A. 1991. Vol. 134, Issue 3, pp. 1315-1322.

  36. Calka A., Kaczmarek W.A. The effect of milling condition on the formation of nanostructures: Synthesis of vanadium carbides // Scripta Metallurgica et Materialia. 1992. Vol. 26, pp. 249-253.

  37. El-Eskandarany M.S., Aoki K., Sumiyama K., Suzuki K. Mechanically induced cyclic crystallineamorphous transformations of ball milled Co50Ti50 alloy // Scripta Materialia, 1997. Vol. 36. No. 2, pp. 1001-1009.

  38. El-Eskandarany M. S., Al-Hazza A. Mechanically induced self-propagating reaction and consequent consolidation for the production of fully dense nanocrystalline Ti55C45 bulk material // Materials Characterization, 2014. Vol. 97, pp. 92-100.

  39. El-Eskandarany M. S., Shaban E., Al-Halaili B. Nanocrystalline  cyclic phase transformation in reacted ball milled MgH2 powders // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39 (24), pp. 12727-12740.

  40. Bab M.A., Mendoza-Zelis L., Damonte L.C. Nanocrystalline HfN produced by mechanical milling: Kinetic aspects // Acta Materialia. 2001. Vol. 49, pp. 4205-4213.

  41. Rochman N.T., Kuramoto S., Fujimoto R., Sueyoshi H. Effect of milling speed on an Fe-C-Mn system alloy prepared by mechanical alloying // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 138, pp. 41-46.

  42. Suryanarayana C. Does a disordered  -TiAl phase exist in mechanically alloyed Ti-Al powders? // Intermetallics. 1995. Vol. 3, pp.153-160.

  43. Skakov Yu. A., Djakonova N.P., Edneral N.V., Koknaeva M.R., Semina V.K. Some peculiarities of the atomic structure of metallic phases formed during liquid quenching and solid state reactions // Materials Science and Engineering: A. 1991. Vol. 133, pp. 560-564.

  44. Magini M., Colella C., Guo W., Dikonimos Markis T., Turtu S. Effect of Oxygen Impurities in Mechanical Alloying of Pd-Si // Materials Science Forum, 1995. Vol. 179-181, pp. 325-331.

  45. Koch C.C., Cavin O.B., McKamey C.G., Scarbrough J.O. Preparation of “amorphous” Ni60Nb40 by mechanical alloying // Applied Physics Letters. 1983. Vol. 43. No. 11, pp. 1017-1021.

  46. El-Eskandarany M.S., Aoki K ., Sumiyama K., Suzuki K. Reactive Ball Mill for Solid State Synthesis of Metal Nitrides Powders // Materials Science Forum. 1992. Vol. 88, pp. 801-808.

  47. El-Eskandarany M.S., Ahmed H.A., Sumiyama K., Suzuki K. Mechanically assisted solid state hydrogenation for formation of nanocrystalline NiTiH3 alloy powders // Journal of Alloys Compounds. 1995. Vol. 218 (1), pp. 36-40.

  48. Chen U., Williams J.S. Investigation of Gas-Solid Reactions Realised by Ball Milling // Materials Science Forum. 1996. Vol. 225/227, pp. 545-552.

  49. Kaczmarek W.A. Effects of Gas Surface Layer during Mechanical Processing of Complex Magnetic Oxide on Structure, Morphology, Thermal and magnetic Properties // Materials Science Forum. 1995. Vol. 179/ 181, pp. 313-320.

  50. Campbell S.J., Jayasuriya K.D., Calka A., Jing J. A Mossbauer study of ball-milled Co-Fe-Si-B: I: dry milling //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1993. Vol. 76. Issue 1-4, pp. 81-84.

  51. El-Eskandarany M.S., Aoki K., Itoh H., Suzuki K., Less J. Effect of ball-to-powder weight ratio on the amorphization reaction of Al50Ta50 by ball milling // Journal of the Less Common Metals. 1991. Vol. 169, pp. 235-244.

  52. Lee C.H., Fukunage T., Mizutani U. Temperature dependence of mechanical alloying and grinding in NiZr, CuTa and FeB alloy systems // Materials Science and Engineering: A. 1991. Vol. 134, pp. 1334-1339.

  53. Koch C.C., Pathak D., Yamada K. Mechanical alloying for structural applications. – ASM International, Materials Park, OH, 1993, pp. 205-212.

  54. Huang B.-L., Perez R.J., Crawford P.J., Nutt S.R., Laverina E.J. The synthesis of nanocrystalline Fe78B13Si9 by cryogenic high-energy ball milling of metglas // Nanostructured Materials. 1996. Vol. 7, pp. 57-65.

  55. Богданов В.Р., Сулим Г.Т. Моделирование роста пластических деформаций при ударе на основе численного решения задачи плоского напряженного состояния // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 111-113.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2019