Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni
Исследованы особенности перехода сплавов системы Al-Y-Ni, легированных лантаном, кобальтом или хромом, из аморфного состояния в кристаллическое. Определены термофизические характеристики сплавов. Показана эффективность легирования аморфного сплава Al86Y8Ni6 лантаном или кобальтом для повышения его т...
Saved in:
| Published in: | Процессы литья |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49770 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni / В.Л. Лахненко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 69-74. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860011349194571776 |
|---|---|
| author | Лахненко, В.Л. |
| author_facet | Лахненко, В.Л. |
| citation_txt | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni / В.Л. Лахненко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 69-74. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Исследованы особенности перехода сплавов системы Al-Y-Ni, легированных лантаном, кобальтом или хромом, из аморфного состояния в кристаллическое. Определены термофизические характеристики сплавов. Показана эффективность легирования аморфного сплава Al86Y8Ni6 лантаном или кобальтом для повышения его термической устойчивости.
Досліджено особливості переходу сплавів системи Al-Y-Ni, легованих лантаном, кобальтом або хромом з аморфного стану в кристалічний. Визначено термофізичні характеристики сплавів. Показано ефективність легування аморфного сплаву Al86Y8Ni6 лантаном або кобальтом для підвищення його термічної стійкості.
The features of transition from amorphous into crystalline state of alloys of the system of Al-Y-Ni, alloyed with lanthanum, cobalt or chrome are investigational. Thermo-physical properties of alloys are determined. Efficiency of alloying of amorphous alloy of Al86Y8Ni6 with lanthanum or cobalt for increasing of its thermal stability has been shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:41:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 69
Новые литые материалы
Полученные в этих исследованиях результаты позволяют целенаправленно вы-
бирать составы износостойких антифрикционных сплавов системы СЧ��S, управляя
таким образом процессами массопереноса и необходимым соотношением изно-
состойкости пары трения, с целью обеспечения максимальной износостойкости
узлов трущихся деталей.
1. Олексенко И. В., Марковский Е. А., Гаврилюк В. П., Качко Н. А. Износостойкость чугунов,
легированных медью и серой: Тез. докл. // Литейное производство на рубеже столетий.
– Киев: ФТИМС НАНУ, 2003. – С. 61-63.
2. Марковский Е. А., Олексенко И. В. Влияние термоциклической обработки на структуру
и износостойкость серого чугуна, легированного медью и серой // Процессы литья. – 2002.
– № 2. – С. 10-15.
3. Марковский Е. А., Олексенко И. В. Триботехнические свойства сплавов системы СЧС�S
при трении скольжения // Металл и литье Украины. – 2006. – № 6. – С. 7-11.
4. Процессы диффузии и масcопереноса при внешнем трении сплавов СЧ+��+S /
Е. А. Марковский, И. В. Олексенко, В. П. Гаврилюк и др. // Процессы литья. – 2006.
– № 3. – С. 70-74.
Поступила 16.12.2009
УДК 669.7.018:54-161
В. Л. Лахненко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ВЛИЯНИЕ ЛАНТАНА, КОбАЛЬТА И ХРОМА
НА ТЕРМОфИзИчЕсКИЕ ХАРАКТЕРИсТИКИ
АМОРфНЫХ сПЛАВОВ сИсТЕМЫ Al-Y-Ni
Исследованы особенности перехода сплавов системы Al-Y-Ni, легированных лантаном,
кобальтом или хромом, из аморфного состояния в кристаллическое. Определены термофи-
зические характеристики сплавов. Показана эффективность легирования аморфного сплава
Al
86
Y
8
Ni
6
лантаном или кобальтом для повышения его термической устойчивости.
Ключевые слова: аморфные сплавы, кристаллизация, термическая устойчивость, легиро-
вание.
Досліджено особливості переходу сплавів системи Al-Y-Ni, легованих лантаном, кобальтом
або хромом з аморфного стану в кристалічний. Визначено термофізичні характеристики
сплавів. Показано ефективність легування аморфного сплаву Al
86
Y
8
Ni
6
лантаном або кобаль-
том для підвищення його термічної стійкості.
Ключові слова: аморфні сплави, кристалізація, термічна стійкість, легування.
The features of transition from amorphous into crystalline state of alloys of the system of Al-Y-Ni,
alloyed with lanthanum, cobalt or chrome are investigational. Thermo-physical properties of alloys
are determined. Efficiency of alloying of amorphous alloy of Al
86
Y
8
Ni
6
with lanthanum or cobalt for
increasing of its thermal stability has been shown.
Кeywords: amorphous alloys, crystallization, thermal stability, alloying.
70 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
Аморфные сплавы, обладая уникальным сочетанием свойств, которые не харак-
терны для кристаллических материалов, на сегодняшний день не имеют широкого
распространения не только из-за сложности технологий их получения, но и ввиду
нестабильности характеристик, особенно при повышенных температурах. Получение
аморфных сплавов предусматривает быстрое затвердевание расплава, обеспечи-
вающее формирование термодинамически неравновесного состояния. Термическая
обработка таких сплавов приводит к увеличению подвижности атомов и таким об-
разом способствует переходу в энергетически более выгодное состояние. При этом
могут происходить как обратимые, так и необратимые процессы, которые вызывают
изменение физических и химических свойств материала. Поэтому исследование
термической стабильности аморфных сплавов очень важно для расширения сферы
их применения.
Среди факторов, определяющих термическую стабильность аморфных сплавов,
ключевую роль играет их химический состав, поэтому исследование влияния леги-
рования аморфных сплавов на их стойкость к термическому воздействию является
весьма актуальной задачей. Следует отметить, что при выборе легирующих эле-
ментов, повышающих термическую устойчивость, необходимо контролировать их
влияние и на другие характеристики сплавов, в первую очередь, − на способность
к аморфизации. В данной работе ставилась задача исследовать влияние лантана,
кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы
Al-Y-Ni.
В качестве базового был выбран сплав Al86Y8Ni6. Легирующие элементы до-
бавляли за счет соответствующего уменьшения содержания подобного основного
элемента сплава: лантан вводился за счет иттрия, кобальт и хром − за счет никеля.
Таким образом, объектами исследования стали базовый сплав Al86Y8Ni
6
и легиро-
ванные сплавы Al86Y4La4Ni6, Al86Y8Ni3Co3, Al86Y8Ni3Cr3.
О термической стойкости сплавов судили по температуре начала кристаллизации
(Tx), то есть температуре начала перехода из аморфного состояния в кристалли-
ческое, и энергии активации кристаллизации (Ea). Температуру Tx определяли мето-
дом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе STA 449F1
немецкой фирмы NETZS�H, подробное описание прибора и его возможностей
приведено в работе [1]. Эксперименты проводили в динамической (40 мл/мин) ат-
мосфере высокочистого аргона. Все сплавы исследовались при скорости нагрева
1, 2, 5, 10 и 20 град/мин.
Энергию активации кристаллизации сплавов рассчитывали по методу Киссин-
джера [2], согласно выражению
ln(Vi /Tx
2) = – Ea/RTx + C, (1)
где Eа – энергия активации, Дж/моль; Vi – скорость нагрева, K/мин; Tx – температура
кристаллизации для i-й скорости нагрева, K; R – газовая постоянная, Дж/(моль ⋅ K);
С – константа.
Для определения Ea строили график зависимости
ln(Vi /Tx
2) = f(1/Tx)
и находили тангенс угла наклона полученной прямой (tg ϕ), тогда
Ea = – tg ϕ ⋅ R.
В аморфном состоянии опытные сплавы были получены методом спинингова-
ния в виде фибры шириной 1,5-2,0 мм и толщиной 30-40 мкм. Контроль структуры
сплавов осуществляли рентгеноструктурным методом на дифрактометре ДРОН-3М
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 71
Новые литые материалы
Рис. 1. Термограммы перехода сплавов из аморфного состояния в кристаллическое:
а – Al86Y8Ni6; б – Al86Y4La4Ni6; в – Al86Y8Ni3�o3; г – Al86Y8Ni3�r3
72 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
в монохроматическом Кα-Fe излучении. Рентгеноструктурный анализ полученных
сплавов показал, что сплавы Al86Y8Ni6, Al86Y4La4Ni6 и Al86Y8Ni3Co3 являются полностью
аморфными, а в сплаве Al86Y8Ni3Cr3 помимо аморфной фазы имеется также кристал-
лическая, следовательно, сплав, легированный хромом, обладает по сравнению с
остальными меньшей склонностью к аморфизации.
Исследовали особенности перехода опытных сплавов из аморфного состояния в
кристаллическое при их нагревании. На рис. 1 представлены термограммы опытных
сплавов, полученные при оптимальной для ДСК скорости нагрева − 10 град/мин. Все
калибровки прибора проводились именно для этой скорости нагрева, поэтому при-
веденные термограммы позволяют получить не только температуры характеристи-
ческих точек, но и количественно определить теплоты кристаллизации сплавов.
Для всех четырех опытных аморфных сплавов наблюдается многостадийный
переход в кристаллическое состояние. Кристаллизация базового сплава Al86Y8Ni6
проходит в четыре стадии, о чем свидетельствуют четыре отдельных пика на кривой
ДСК (рис. 1, а). Между стадиями кристаллизации имеются значительные темпера-
турные интервалы, достаточные для раздельного определения тепловых эффектов
на каждой стадии кристаллизации.
Сплав Al86Y4La4Ni6 также проходит при нагревании четыре стадии кристалли-
зации, но первые три из них находятся в узком температурном интервале, и при
скорости нагрева 10 град/мин соответствующие им пики частично перекрыва-
ются (рис. 1, б). Раздельное определение теплоты кристаллизации в данном случае
возможно лишь для четвертой стадии, для первых трех корректно можно определить
только суммарный тепловой эффект перехода в кристаллическое состояние.
При кристаллизации сплава Al86Y8Ni3Co3 имеет место частичное взаимное пере-
крытие всех четырех пиков, соответствующих стадиям кристаллизации (рис. 1, в),
поэтому и тепловой эффект кристаллизации определяется суммарно. Количественно
тепловые эффекты кристаллизации первых трех сплавов соизмеримы (рис. 1, а-в).
На термограмме кристаллизации сплава Al86Y8Ni3Cr3 можно различить три ча-
стично перекрывающих друг друга пика (рис. 1, г). Суммарный тепловой эффект
кристаллизации этого сплава значительно меньше, чем у первых трех исследо-
ванных сплавов. Такое отличие
может быть объяснено меньшим
количеством кристаллизующей-
ся аморфной фазы, поскольку
сплав был изначально частично
кристаллическим.
С точки зрения температуры
начала кристаллизации наибо-
лее устойчивым оказался сплав
Al
86
Y
8
Ni
3
�r
3
, не претерпевающий
кристаллизации при нагревании
до температуры 311 °С (рис. 1,
г). Наименее устойчив исходный
сплав, который начинает кри-
сталлизоваться уже при 235 °С.
Сплавы, легированные лантаном
и кобальтом, занимают промежу-
точное положение с температура-
ми начала кристаллизации 267 и
283 °С соответственно.
Исследование процесса пере-
хода опытных сплавов из аморф-
Рис. 2. Влияние скорости нагрева на температуру на-
чала кристаллизации аморфных сплавов: 1 – Al86Y8Ni6;
2 – Al86Y4La4Ni6; 3 – Al86Y8Ni3�o3; 4 – Al86Y8Ni3�r3
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 73
Новые литые материалы
ного состояния в кристаллическое
при их нагревании с различной ско-
ростью показало, что зависимость
температуры начала кристаллиза-
ции от скорости нагрева идентична
для всех исследованных сплавов
(рис. 2). Полученные результаты
позволяют построить графики для
определения энергии активации
кристаллизации каждого сплава
(рис. 3).
Экспериментально опреде-
ленные и рассчитанные значения
теплофизических характеристик
опытных сплавов представлены в
таблице. Для сплава, легирован-
ного хромом, полученное значение
теплоты кристаллизации является
заниженным, поскольку изначально
он был частично кристаллическим,
поэтому значение теплоты кри-
сталлизации сплава Al86Y8Ni3Cr3 в
таблице не приводится.
Анализируя полученные резуль-
таты, можно заключить, что лантан
в количестве 4 ат.% и кобальт в количестве 3 ат.% при легировании ими аморфного
сплава Al86Y8Ni6 оказывают благоприятное воздействие на его термическую стой-
кость. Температура начала кристаллизации легированных сплавов повышается по
сравнению с базовым на 32-48 °С, энергия активации кристаллизации возрастает
на 20-25 %.
Легирование сплава Al86Y8Ni6 хромом в количестве 4 ат.%, с одной стороны, су-
щественно повышает температуру начала кристаллизации сплава (с 235 до 311 0С),
с другой, заметно (на 22 %) уменьшает энергию активации кристаллизации. Главным
недостатком хрома как легирующего элемента для сплава Al
86
Y
8
Ni
6
является резкое
снижение склонности сплава к аморфизации.
Таким образом, кобальт и лантан можно рекомендовать для легирования аморф-
ных сплавов системы Al-Y-Ni с целью повышения их термической устойчивости,
что, в свою очередь, расширяет область возможного применения сплавов этой
системы.
Сплав
Теплофизические характеристики
Тх, 0С
(Vнагр= 10 град/мин)
Eа, кДж/моль ∆Нх, Дж/г
Al86Y8Ni6 235 305 98
Al86Y4La4Ni6 267 366 105
Al86Y8Ni3Co3 283 381 124
Al86Y8Ni3Cr3 311 238 -
свойства опытных сплавов
Рис. 3. Графики для определения энергии активации
кристаллизации аморфных сплавов по методу Кис-
синджера: а – Al86Y8Ni6; б – Al86Y4La4Ni6; в – Al86Y8Ni3�o3;
г – Al86Y8Ni3�r3
74 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
1. Лахненко В. Л. Применение синхронного термического анализа для исследования процес-
сов перехода сплавов из аморфного в кристаллическое состояние // Процессы литья.
– 2009. – № 5. – С. 50-56.
2. Homer E. Kissinger. Variation of Peak Temperat�re With Heating Rate in Differential Thermal
Analysis // Jo�rnal of Research of the National B�rea� of Standards. – 1956. – Vol. 57, № 4.
– P. 217-221.
Поступила 03.10.2009
УДК 546.78:661.878.669.112.2
Л. М. Диюк, О. А. Пеликан, И. О. шинский,
Л. М. Клименко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины , Киев
ИссЛЕДОВАНИЕ ПРОцЕссОВ ВзАИМОДЕйсТВИЯ
МЕТАЛЛОКЕРАМИчЕсКИХ ТВЕРДЫХ сПЛАВОВ ТИПА
ВК И ТК с жЕЛЕзОУГЛЕРОДИсТЫМИ РАсПЛАВАМИ
Изучены возможные реакции, протекающие на межфазных границах «твердый сплав-газовая
фаза», «твердый сплав-железоуглеродистый расплав». Установлены наиболее вероятные
реакции окисления твердосплавных частиц типа ВК и ТК, их взаимодействия с компонента-
ми железоуглеродистых расплавов, а также реакции взаимодействия кобальтовой связки
с железоуглеродистыми расплавами. Результаты работы использованы при разработке
нового технологического процесса изготовления композиционных отливок применительно
к условиям экстремальных нагрузок и активного изнашивания.
Ключевые слова: металлокерамические сплавы, железоуглеродистые расплавы, твердо-
сплавные частицы.
Вивчено можливі реакції, що протікають на міжфазних границях «твердий сплав-газова фаза»,
«твердий сплав-залізовуглецевий розплав». Встановлено найбільш імовірні реакції окислю-
вання твердосплавних часток типу ВК і ТК, їхньої взаємодії з компонентами залізовуглецевих
розплавів, а також реакції взаємодії кобальтової зв’язки з залізовуглецевими розплавами.
Результати роботи використані при розробці нового технологічного процесу виготовлення
композиційних виливків стосовно до умов екстремальних навантажень й активного зно-
шування.
Ключові слова: металокерамічні сплави, залізовуглецеві розплави, тверосплавні частки.
The possible reactions carrying out on the interface borders “solid alloy – gaseous phase”, “solid
alloy - iron-carbon melt” were studied. The most probable oxidation reactions of high-alloy particles
of VK and TK type, their interaction with iron-carbon melts` components, as well as interaction
reactions of cobalt bundle with iron-carbon melts were set. The results of the research work were
used by developing of new technological process of composite castings production regarding the
conditions of extreme loadings and active wear out.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49770 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:41:52Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лахненко, В.Л. 2013-09-27T20:30:27Z 2013-09-27T20:30:27Z 2010 Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni / В.Л. Лахненко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 69-74. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49770 669.7.018:54-161 Исследованы особенности перехода сплавов системы Al-Y-Ni, легированных лантаном, кобальтом или хромом, из аморфного состояния в кристаллическое. Определены термофизические характеристики сплавов. Показана эффективность легирования аморфного сплава Al86Y8Ni6 лантаном или кобальтом для повышения его термической устойчивости. Досліджено особливості переходу сплавів системи Al-Y-Ni, легованих лантаном, кобальтом або хромом з аморфного стану в кристалічний. Визначено термофізичні характеристики сплавів. Показано ефективність легування аморфного сплаву Al86Y8Ni6 лантаном або кобальтом для підвищення його термічної стійкості. The features of transition from amorphous into crystalline state of alloys of the system of Al-Y-Ni, alloyed with lanthanum, cobalt or chrome are investigational. Thermo-physical properties of alloys are determined. Efficiency of alloying of amorphous alloy of Al86Y8Ni6 with lanthanum or cobalt for increasing of its thermal stability has been shown. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni Лахненко, В.Л. Новые литые материалы |
| title | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni |
| title_full | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni |
| title_fullStr | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni |
| title_full_unstemmed | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni |
| title_short | Влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы Al-Y-Ni |
| title_sort | влияние лантана, кобальта и хрома на термофизические характеристики аморфных сплавов системы al-y-ni |
| topic | Новые литые материалы |
| topic_facet | Новые литые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49770 |
| work_keys_str_mv | AT lahnenkovl vliânielantanakobalʹtaihromanatermofizičeskieharakteristikiamorfnyhsplavovsistemyalyni |