Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al

Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализов изучены закономерности структурных и фазовых превращений при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной способом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Показано, что особенности формирования струк...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Современная электрометаллургия
Datum:	2013
1. Verfasser:	Мельниченко, Т.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2013
Schlagworte:	Общие вопросы металлургии
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96686
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al / Т.В. Мельниченко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 2 (111). — С. 41-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859943690616700928
author	Мельниченко, Т.В.
author_facet	Мельниченко, Т.В.
citation_txt	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al / Т.В. Мельниченко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 2 (111). — С. 41-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Современная электрометаллургия
description	Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализов изучены закономерности структурных и фазовых превращений при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной способом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Показано, что особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при послойном осаждении компонентов из паровой фазы обеспечивают объемную диффузию атомов титана в алюминий и зернограничную диффузию атомов алюминия в титан при термической обработке фольги и влияют на характер формирования ее структурно-фазового состояния. Установлено, что морфологические особенности формирования структуры фольги в условиях ее медленного нагрева определяются периодом чередования слоев и соотношением интенсивностей объемной и зернограничной диффузии. Уменьшение периода чередования слоев обеспечивает интенсивную фрагментацию слоев титана при термообработке фольги Ti/Al. Проведен анализ объемных изменений в фольге при протекании фазовых превращений. Показано, что большинство твердофазных реакций сопровождается уменьшением удельного объема фаз. Изменение объема при протекании твердофазных реакций приводит к формированию пустот в материале фольги и увеличению ее дефектности. Установлено, что формирование структурно-фазового состояния многослойной реакционной фольги при нагреве обеспечивается ее структурной самоорганизацией. Особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при нагребе будут влиять на формирование ее физических свойств и возможность практического использования. Using the methods of electron microscopy, X-ray-phase and differential thermal analysis the regularities of structural and phase transformations were studied in heating of multilayer foil Ti/Al, produced by the method of electron beam deposition from vapor phase. It was shown that peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al at layer-by-layer deposition of components from vapor phase provide the volume diffusion of titanium atoms into aluminium and grain-boundary diffusion of aluminium atoms into titanium at heat treatment of foil and influence the nature of formation of its structural-phase state. It was found that morphological features of formation of foil structure under conditions of its slow heating are defined by a period of layers alternation and ratio of intensities of volume and grain-boundary diffusion. The decrease in period of layers alternation provides intensive fragmentation of titanium layers at heat treatment of foil Ti/Al. Analysis of volume changes in foil during proceeding of phase transformation was carried out. It was shown that most solid-phase reactions are accompanied by decrease in specific volume of phases. The change of volume during proceeding of solid-phase reactions leads to the formation of voids in foil material and increase in its defectiveness. It was found that formation of structural-phase state of multilayer reaction foil during heating is provided by its self-organizing. Peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al during heating will influence the formation of its physical properties and possibility of practical application.
first_indexed	2025-12-07T16:11:54Z
format	Article
fulltext	УДК 539.234+536.4 СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В МНОГОСЛОЙНОЙ РЕАКЦИОННОЙ СИСТЕМЕ Ti/Al Т.В. Мельниченко Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализов изучены за- кономерности структурных и фазовых превращений при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной способом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Показано, что особенности формирования структуры многослой- ной фольги Ti/Al при послойном осаждении компонентов из паровой фазы обеспечивают объемную диффузию атомов титана в алюминий и зернограничную диффузию атомов алюминия в титан при термической обработке фольги и влияют на характер формирования ее структурно-фазового состояния. Установлено, что морфологические особенности формирования структуры фольги в условиях ее медленного нагрева определяются периодом чередо- вания слоев и соотношением интенсивностей объемной и зернограничной диффузии. Уменьшение периода чередо- вания слоев обеспечивает интенсивную фрагментацию слоев титана при термообработке фольги Ti/Al. Проведен анализ объемных изменений в фольге при протекании фазовых превращений. Показано, что большинство твердо- фазных реакций сопровождается уменьшением удельного объема фаз. Изменение объема при протекании твердо- фазных реакций приводит к формированию пустот в материале фольги и увеличению ее дефектности. Установлено, что формирование структурно-фазового состояния многослойной реакционной фольги при нагреве обеспечивается ее структурной самоорганизацией. Особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при нагреве будут влиять на формирование ее физических свойств и возможность практического использования. Библиогр. 21, табл. 2, ил. 7. Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое осаждение; многослойная фольга; титан; структура; алюминий; термическая обработка; фазовые превращения; объемный эффект; пористость Многослойные фольги, состоящие из чередующих- ся слоев разнородных металлов, представляют ин- терес благодаря сочетанию уникальных механичес- ких и физических свойств, получить которые труд- но в обычных композиционных материалах. Харак- терной особенностью многослойных материалов не- зависимо от способа получения (прокатка, электро- литическое осаждение, осаждение из паровой фазы, химическое газофазовое осаждение) является зна- чительный запас внутренней энергии – избыток химической энергии и упругого напряжения слоев, свободной энергии межфазных границ [1]. Особым классом многослойных материалов яв- ляются фольги, состоящие из слоев интерметал- лидообразующих компонентов, способных при на- греве реагировать в самоподдерживающемся режи- ме с выделением большого количества тепла [2, 3]. Характер фазовых и структурных превращений, происходящих в многослойных фольгах при нагре- ве, определяется их метастабильностью и наличием большого количества структурных дефектов, что обусловлено формированием таких материалов при низкой температуре [4, 5]. Скорость протекания твердофазных реакций и уровень тепловыделения в значительной степени зависят от толщины слоев компонентов и состояния границы между слоями – наличия диффузионной зоны, структурных дефек- тов, прослоек интерметаллидных фаз вдоль границ слоев компонентов [6—8]. Реакционность многослойных систем может быть реализована при диффузионной сварке труд- носвариваемых материалов [9—12] и низкотемпера- турной пайке [13—17]. Так, использование реак- ционной фольги в качестве источника тепловой энергии при низкотемпературной пайке обеспечи- вает локальный нагрев зоны соединения материа- лов, что позволяет свести к минимуму дополнитель- ное температурное воздействие на их структуру и свойства. Использование многослойной фольги в качестве промежуточной прослойки при диффузионной сварке трудносвариваемых материалов позволяет получать неразъемные соединения с высоким уров- нем прочности. В данном случае прохождение твер- дофазных реакций и большая объемная доля струк- турных границ в фольге обеспечивают интенсифи- кацию диффузионных процессов в зоне соединения с участием компонентов свариваемых материалов. В случае, когда химический состав фольги близок к составу свариваемых материалов (например, ис- пользование многослойной фольги Ti/Al в качестве © Т.В. МЕЛЬНИЧЕНКО, 2013 41 промежуточной прослойки при диффузионной сварке образцов сплава на основе γ-TiAl [11]), можно получить зону соединения с микрострукту- рой, аналогичной микроструктуре основного спла- ва. Таким образом, выбору многослойной фольги с необходимыми свойствами для использования в ка- честве промежуточной прослойки при сварке дол- жен предшествовать анализ особенностей фазовых превращений и формирования структуры в фольге при ее нагреве. В данной работе проведен анализ термической стабильности, структурных и фазовых изменений, происходящих при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной в процессе послойного осажде- ния компонентов из паровой фазы на водоохлаж- даемую подложку. Способ получения и исследования многослойных фольг. Многослойные фольги Ti/Al получали спо- собом электронно-лучевого испарения металлов в вакууме [18] с последующим чередующимся осаж- дением их паровых потоков на водоохлаждаемую подложку с предварительно нанесенным на нее ан- тиадгезионным слоем NaCl. Принципиальная схема осаждения фольг приведена на рис. 1. Испарение металлов осуществляли с помощью испарительных электронно-лучевых пушек из двух слитков, разме- щенных в медных водоохлаждаемых тиглях, рас- положенных в камере, разделенной сплошным эк- раном на две равные части. В верхней части камеры крепили вращающуюся водоохлаждаемую подлож- ку, на которую производили послойное осаждение паровых потоков металлов. Толщина слоев компо- нентов и их соотношение (химический состав фоль- ги) определяется скоростью вращения подложки и интенсивностью испарения слитков. Температуру подложки поддерживали такой, чтобы предотвра- тить диффузионное взаимодействие компонентов слоев во время осаждения. Описанным способом получены многослойные фольги толщиной до 100 мкм состава, соответст- вующего интерметаллиду TiAl, с периодом чередо- вания слоев (сумма толщин слоев титана и алюми- ния) 40...1000 нм. Образцы фольг размером 10× ×10 мм помещали между пластинами медной фоль- ги толщиной 100 мкм (способ с разбавителем [19]) и нагревали в установке ВДТА-8 в атмосфере гелия с постоянной скоростью 50 °С/мин. Некоторые образцы отжигали при температуре 600 °С в ваку- уме 20 мин. Для металлографического анализа об- разцы фольги в исходном состоянии и после отжига готовили по стандартной методике на шлифоваль- но-полировальном станке Abramin фирмы «Stru- ers». Для определения структуры, химического и фазового составов фольги использовали методы сканирующей (СЭМ) и просвечивающей электрон- ной микроскопии (ТЭМ) (сканирующий микроскоп CamScan, оснащенный энергодисперсионной систе- мой локального анализа Energy 200, и электронный микроскоп Hitachi H-800, ускоряющее напряжение Рис. 1. Схема процесса электронно-лучевого осаждения много- слойных фольг: 1 – нагревные электронно-лучевые пушки; 2 – подложка; 3 – испарительные электронно-лучевые пушки; 4 – тигли для испарения со слитками; 5 – разделительный непро- ницаемый экран Рис. 2. Микроструктура поперечного сечения образцов фольги Ti/Al после осаждения: а – электронно-микроскопическое изоб- ражение (ТЭМ) и электронная микродиффракция фольги с периодом чередования слоев 40 нм; б – электронно-микроскопическое изображение (ТЭМ) фольги с периодом чередования слоев 1000 нм; в – электронно-микроскопическое изображение (СЭМ) фольги с периодом чередования слоев 800 нм; а – ×30000; б – ×10000; в – ×5000 42 200 кВ), дифракции рентгеновских лучей (ДРОН- 4, излучение CuKα). Структура многослойной фольги после осажде- ния. Микроструктура поперечного сечения много- слойной фольги Ti/Al показана на рис. 2, из ко- торого видно, что фольга состоит из непрерывных чередующихся слоев компонентов и имеет столбча- тую структуру (рис. 2, а). Столбчатые кристаллиты ориентированы поперек фольги, имеют толщину 1...2 мкм и длину, равную толщине фольги. Подоб- ная столбчатая структура характерна для конден- сатов, полученных путем осаждения из паровой фа- зы при температуре <0,3Тпл [5]. Столбчатые крис- таллиты состоят из чередующихся слоев титана и алюминия, которые непрерывно пересекают крис- таллиты фольги и состоят из зерен, размер которых соизмерим с толщиной слоя (рис. 2, б). Хорошее кристаллографическое и размерное со- ответствие титана и алюминия обеспечивает коге- рентность сопряжения зерен в соседних слоях (рис. 3, а, А). Между компонентами слоев отсут- ствуют перемешивание, а на границах между слоя- ми – признаки выделения каких-либо фаз (рис. 3, б). Об этом также свидетельствует отсутствие отра- жений от интерметаллидных фаз на рентгендифрак- ционной картине (рис. 4) и электронограмме (рис. 2, а), полученных от образцов фольги после осаждения. Следует отметить, что столбчатые кристаллиты в фольге и зерна в слоях ориентированы в направ- лении, перпендикулярном поверхности фольги (рис. 2, а, б). Относительная интенсивность диф- ракционных линий для α-титана и алюминия свиде- тельствует о наличии кристаллографической текс- туры слоев. Результаты текстурного рентгендиф- ракционного анализа показали наличие текстуры аксиального типа в слоях титана и алюминия, при этом выполняется ориентационное соотношение (001)Ti\|\|(111)Al (рис. 4, б), т. е. атомные плоскости алюминия и титана с плотнейшей упаковкой распо- лагаются параллельно плоскости фольги. Характерной особенностью многослойных фольг Ti/Al является значительная «шероховатость» по- верхности слоев и наличие желобков в местах пере- сечения границ зерен в слоях титана с границей между слоями (рис. 2, в). Угол раскрытия таких желобков определяется отношением удельной энер- гии межзеренных границ в слоях к удельной энер- гии границы между слоями [1]. В свою очередь, энергия межзеренных границ зависит от температу- ры плавления материала и ориентации зерен [20] – чем выше температура плавления материа- Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение границы между слоями титана и алюминия в режиме высокого разрешения (а) и электронно-микроскопическое изображение (ТЭМ) в режиме светлого поля поперечного сечения образцов фольги Ti/Al с периодом чередования слоев 40 нм после осаждения (б); а – ×1000000; б – ×200000 Рис. 4. Рентгендифракционная картина (а), распределение плотности полюсов (001) титана и (111) алюминия (б) для образца фольги Ti/Al после осаждения; – алюминий; – титан; I – интенсивность 43 ла, тем больше свободная энергия его межзеренных границ. Можно предположить, что для многослой- ной фольги Ti/Al большее раскрытие желобков в области границы зерна будет происходить в слоях титана. Формирование структуры многослойной фольги при нагреве. Нагрев многослойной фольги, состоя- щей из интерметаллидообразующих компонентов, приводит к активизации процессов реакционной диффузии на границе слоев и протеканию твердо- фазных реакций синтеза интерметаллических фаз. Согласно результатам дифференциального терми- ческого анализа образцов фольги с разным перио- дом чередования слоев (рис. 5) в процессе нагрева с постоянной скоростью 50 °С/мин в фольгах про- исходят экзотермические фазовые превращения. Температурный интервал превращений и интенсив- ность их протекания существенно зависят от перио- да чередования слоев. При уменьшении толщины слоев температура начала превращений смещается в сторону более низких значений (рис. 5, б). Под- робный анализ фазовых превращений, происходя- щих при нагреве многослойной фольги Ti/Al, пред- ставлен в работе [21]. В табл. 1 приведен фазовый состав многослойной фольги Ti/Al, нагретой до разных температур, полученный рентгендифрак- ционным методом. На основании этих данных можно сделать вывод о том, что при нагреве образцов многослойной фольги Ti/Al с химическим составом, близким к эквиатомному, в интервале значений температуры 250...650 °С реализуются две схемы фазовых прев- ращений: I – Al + Ti → Al3Ti → Al5Ti2 → Al2Ti → AlTi; II – Al + Ti → AlTi3 → AlTi. Последовательность фазовых превращений не зависит от периода чередования слоев фольги. Од- нако формирование каждой из фаз в фольге с на- норазмерным периодом чередования слоев проис- ходит при более низких температурах, по сравне- нию с фольгой с субмикронными слоями, что кор- релирует с данными ДТА. Кроме того, в фольге с наноразмерным периодом чередования слоев не об- наружено формирование фазы Ti3Al. Структурные изменения многослойной фольги, подвергнутой медленному нагреву в интервале значений темпера- туры 250...650 °С, соответствуют отмеченным пос- ледовательностям фазовых превращений. Так, при нагреве сохраняется слоистость фольги, однако уменьшается толщина слоев титана (рис. 2, в и 6, а), что свидетельствует об активизации диффу- зии между компонентами слоев и образовании ин- терметаллидов на границе раздела слоев. Кроме то- го, в слоях титана формируются перемычки, пер- пендикулярные плоскости слоев, фазовый контраст которых свидетельствует о том, что они обогащены алюминием, в отличие от материала слоя (рис. 6, а). По-видимому, обнаруженные перемычки формиру- ются в области границ зерен в слоях титана. При уменьшении периода чередования слоев интенсив- ность формирования перемычек увеличивается (рис. 6, б), что является следствием увеличения количества границ зерен в слоях титана при умень- шении их толщины. Анализ структуры фольги, сформированной в условиях быстрого нагрева в режиме реакции самораспространяющегося высо- котемпературного интеза (СВС), показал, что слои в фольге с периодом чередования 40 нм фрагмен- тированы в большей степени, чем в фольге с пе- риодом чередования слоев 800 м (рис. 6. в, г). Таким образом, можно утверждать, что фазовые и струк- турные превращения в многослойной фольге Ti/Al обусловлены двумя диффузионными процесса- ми – объемной диффузией атомов титана в алю- Рис. 5. Кривые ДТА, полученные при нагреве со скоростью 50 °С/мин многослойных фольг Ti/Al эквиатомного состава с периодом чередования слоев 800 (а) и 40 нм (б) Т а б л и ц а 1 . Фазовый состав многослойной фольги Ti/Al после нагрева Температура нагрева, °С Фазовый состав 300 Al, Ti 350 Al, Ti, Al3Ti 450 Al, Ti, Al5Ti2 550 Al, Ti, Al5Ti2, AlTi3 650 Al2Ti, AlTi 44 миний и зернограничной диффузией атомов алюми- ния в титан. Фазовые превращения, проходящие в много- слойной фольге при ее нагреве, способствуют фор- мированию пор (рис. 7). Следует отметить, что такая особенность формирования структуры фоль- ги может быть обусловлена в значительной степени способом ее получения из паровой фазы при темпе- ратуре ниже 0,3Тпл, где Тпл – температура плавле- ния алюминия. Такие условия осаждения способст- вуют формированию высокой концентрации дефек- тов вакансионного типа как в объеме материала, так и на границах зерен. Кроме того, появлению порис- тости будет способствовать наличие желобков в мес- тах пересечения границ зерен в слоях титана с гра- ницей между слоями. С другой стороны, формиро- вание интерметаллических соединений может со- провождаться объемными изменениями материала фольги. Рассмотрим последовательность твердо- фазных реакций, проходящих в многослойной фольге в соответствии с двумя предложенными схе- мами фазовых превращений: схема I – 10Al + 10Ti = 2Al3Ti + 4Al + 8Ti = = 2Al5Ti2 + 6Ti = 5Al2Ti + 5Ti = 10AlTi, схема II – 6Al + 6Ti = 2AlTi3 +4Al = 6AlTi. В табл. 2 приведен удельный объем исходных реагентов и продуктов реакции с учетом всех ато- мов, участвующих в процессе формирования рав- новесной интерметаллидной фазы TiAl. При расче- те исходили из удельного объема, приходящегося на один атом компонентов, вступающих в реакцию, и продуктов реакции с учетом их кристаллической структуры при комнатной температуре. Большин- ство твердофазных реакций сопровождается умень- шением удельного объема фаз, что должно приво- дить к увеличению несплошностей в фольге. Ис- ключение составляет только реакция образования Al2Ti (схема I), прохождение которой сопровожда- ется увеличением удельного объема. Представленные результаты дают основание ут- верждать, что особенности формирования структу- ры многослойной фольги Ti/Al, полученной спо- собом осаждения из паровой фазы, влияют на ха- рактер фазовых и структурных превращений фоль- Рис. 6. Микроструктура поперечного сечения образцов фольги Ti/Al с периодом чередования слоев 800 (а, в) и 40 нм (б, г), подвергнутых медленному нагреву до 350 °С и быстрому нагреву в режиме СВС; а – ×5000; б – ×60000; в, г – ×20000 Рис. 7. Электронно-микроскопическое изображение (×10000) поперечного сечения многослойной фольги Ti/Al с периодом чере- дования слоев 800 (а), 80 (б) и 40 (в) нм после нагрева до 600 °С в вакууме 45 ги при нагреве. Вакансионная насыщенность ваку- умных конденсатов способствует протеканию фазо- вых превращений в фольге Ti/Al при нагреве и обеспечивает их многостадийность. Дефекты струк- туры увеличивают диффузионную подвижность компонентов фольги, что способствует формирова- нию интерметаллических соединений при относи- тельно низких значениях температуры нагрева фольги. Появление желобков на поверхности слоев титана приводит к формированию пор в области границ зерен, что облегчает диффузию алюминия по границам титановых зерен и формирование ин- терметаллидной фазы Ti3Al. При уменьшении периода чередования слоев и соответствующем увеличении объемной доли гра- ниц зерен в слоях титана интенсивность фазообра- зования возрастает, что при нагреве фольги с нано- размерным периодом чередования слоев сопрово- ждается фрагментацией слоев, обогащенных тита- ном. Большое количество пор в области границ спо- собствует ускорению прохождения твердофазных реакций по схемам, приведенным выше. В связи с этим сложно экспериментально обнаружить при- знаки формирования фазы Ti3Al в фольге с нано- размерным периодом чередования слоев при мед- ленном нагреве. С другой стороны, положительный объемный эффект твердофазных реакций приводит к формированию пустот в материале фольги. Это проявляется в образовании продольных пор на гра- ницах между слоями (рис. 7, а), что может способ- ствовать дальнейшему расслоению фольги и ее раз- рушению. Следует отметить, что при уменьшении периода чередования слоев в фольге их интенсивная фраг- ментация тормозит распространение продольных несплошностей на границах между слоями, что при- водит в формированию закрытой пористости в фольге (рис. 7, б, в). Таким образом, при нагреве многослойной реакционной фольги протекает про- цесс своеобразной структурной самоорганизации: исходная вакансионная насыщенность фольги пре- допределяет характер фазовых превращений, а во- зникающая в ходе твердофазных реакций дефект- ность структуры обеспечивает ускоренное их про- хождение. Обнаруженные особенности формирова- ния структуры многослойной фольги Ti/Al при на- греве будут влиять на формирование ее физических свойств и возможность практического использо- вания. Выводы 1. Особенности формирования структуры много- слойной фольги Ti/Al при послойном осаждении компонетов из паровой фазы (вакансионная насы- щенность конденсатов, значительная шерохова- тость поверхности слоев титана) способствуют ус- корению объемной диффузии атомов титана в алю- миний и зернограничной диффузии атомов алюми- ния в титан. 2. Морфологические особенности формирова- ния структуры фольги в условиях ее медленного нагрева определяются периодом чередования слоев и соотношением интенсивностей объемной и зерно- граничной диффузии. 3. Протекание твердофазных реакций в многос- лойной фольге Ti/Al в условиях ее медленного на- грева приводит к увеличению дефектности фольги. 1. Lewis C., Josell D., Weihs T.P. Stability in thin film mul- tilayers and microlaminates: the role of free energy, structu- re, and orientation at interfaces and grain boundaries // Scripta Materialia. – 2003. – V. 48. – P. 1079—1085. 2. Ma E., Thompson C.V., Clevenger L.A. Self-propagating explosive reactions in Al/Ni thin films // Appl. Phys. Lett. – 1990. – V. 57. – P. 1262—1264. 3. Рогачев А.С. Волны экзотермических реакций в многос- лойных нанопленках // Успехи химии. – 2008. – № 77. – С. 22—38. 4. Crone J.C., Knap J., Chung P.W. Role of microstructure in initiation of Ni—Al reactive multilayers // Appl. Phys. Lett. – 2011. – V. 98. – P. 1—3. 5. Мовчан Б.А., Демчишин А.В. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония // Физика металлов и металловедение. – 1969. – 28, № 4. – С. 653—660. 6. Gavens A.J., Heerden D.V., Mann A.B. Effect of intermix- ing on self-propagating exothermic reactions in Al/Ni nano- laminate foils // J. Appl. Phys. – 2000. – V. 87. – P. 1255—1263. 7. Adams D.P., Hodges V.C., Bai M.M. Exothermic reactions in Co/Al nanolaminates // Ibib. – 2008. – V. 104. – P. 043502(1-7). 8. Adams D.P., Rodniguez M.A., McDonald J.P. Reactive Ni/Ti nanolaminates // Ibid. – 2009. – V. 106. – P. 093505(1-8). 9. Duarte L.I., Viana F., Ramos A.S. Diffusion bonding of gamma-TiAl using modified Ti/Al nanolayers // J. of Al- loys and Compounds. – 2012. – V. 536. – P. 424—427. 10. Ищенко А.Я, Фальченко Ю.В., Устинов А.И. Диффу- зионная сварка композитов АМг5 + 27 % Al2O3 с приме- Т а б л и ц а 2 . Удельный объем реагентов и продуктов твердофазных реакций, проходящих в многослойной фольге Ti/Al при ее нагреве Температурный интервал, °С Тип реакции Удельный объем исходных реагентов продуктов реакции 300...350 10Al + 10Ti = 2Al3Ti + 4Al + 8Ti (схема I) 0,34348 0,24035 350...450 2Al3Ti + 4Al + 8Ti = 2Al5Ti2 + 6Ti (схема I) 0,24035 0,13824 450...550 2Al5Ti2 + 6Ti = 5Al2Ti + 5Ti (схема I) 0,13824 0,16855 6Al + 6Ti = 2AlTi3 + 4Al (схема II) 0,2061 0,1 550...650 5Al2Ti + 5Ti = 10AlTi (схема I) 0,16855 0,163 2AlTi3 + 4Al = 6AlTi (схема II) 0,1 0,0978 46 нением нанослойной фольги Ni/Al // Автомат. свар- ка. – 2007. – № 7. – C. 5—9. 11. Ustinov A.I., Falchenko Yu.V., Ishchenko A.Ya. Diffusion welding of γ-TiAl based alloys through nano-layered foil of Ti/Al system // Intermetallics. – 2008. – 16, № 8. – P. 1043—1045. 12. Cao J., Feng J.C., Li Z.R. Microstructure and fracture pro- perties of reaction-assisted diffusion bonding of TiAl inter- metallic with Al/Ni multilayer foils // J. of Alloys and Compounds. – 2008. – V. 466. – P. 363—367. 13. Wang J., Besnoin E., Duckam A. Room-temperature solde- ring with nanostructured foils // Appl. Phys. Lett. – 2003. – 83, № 19. – P. 3987—3989. 14. Swiston Jr.A.J., Hufnagel T.C., Weihs T.P. Joining bulk metallic glass using reactive multilayer foils // Scripta Mater. – 2003. – 48, № 12. – 1575—1580. 15. Duckam A., Spey S.J., Wang J. Reactive nanostructured foil used as a heat source for joining titanium // J. Appl. Phys. – 2004. – V. 6. – P. 2336(1-7). 16. Wang J.J., Besnoin E., Duckham A. Joining of stainless- steel specimens with nanostructured Al/Ni foils // Ibid. – 2004. – 95, №1. – P. 248—256. 17. Tong M.S., Sturgess D., Tu K.N. Solder joints fabricated by explosively reacting nanolayers // Appl. Phys. Lett. – 2008. – 92, № 14. – P. 144101(1-3). 18. Paton B.E., Movchan B.A. Composite materials deposited from the vapour phase in vacuum // Soviet technology re- views. Section C, Welding and surfacing reviews. – 1991. – V. 2. – P. 43—64. 19. Шишкин А.Е., Шишкин Е.А., Устинов А.И. Термичес- кий анализ микрослойных присадок на основе интерме- таллидообразующих элементов // Автомат. cварка. – 2007. – № 12. – С. 30—34. 20. Murr L.E. Interfacial phenomena in materials and allo- ys. – Massachusetts: Addison-Wesley; 1975. – 376 p. 21. Устинов А.И., Олиховская Л.А., Мельниченко Т.В. Твердофазные реакции при нагреве многослойных фольг Al/Ti, полученных способом электронно-лучевого осаж- дения // Современ. электрометаллургия. – 2008. – № 2. – С. 19—26. Using the methods of electron microscopy, X-ray-phase and differential thermal analysis the regularities of structural and phase transformations were studied in heating of multilayer foil Ti/Al, produced by the method of electron beam deposition from vapor phase. It was shown that peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al at layer-by-layer deposition of components from vapor phase provide the volume diffusion of titanium atoms into aluminium and grain-boundary diffusion of aluminium atoms into titanium at heat treatment of foil and influence the nature of formation of its structural-phase state. It was found that morphological features of formation of foil structure under conditions of its slow heating are defined by a period of layers alternation and ratio of intensities of volume and grain-boundary diffusion. The decrease in period of layers alternation provides intensive fragmentation of titanium layers at heat treatment of foil Ti/Al. Analysis of volume changes in foil during proceeding of phase transformation was carried out. It was shown that most solid-phase reactions are accompanied by decrease in specific volume of phases. The change of volume during proceeding of solid-phase reactions leads to the formation of voids in foil material and increase in its defectiveness. It was found that formation of structural-phase state of multilayer reaction foil during heating is provided by its self-organizing. Peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al during heating will influence the formation of its physical properties and possibility of practical application. Ref. 21, Tables 2, Figs. 7. K e y w o r d s : electron beam deposition; multilayer foil; titanium; structure; aluminium; heat treatment; phase transformations; volume effect; porosity Поступила 01.04.2013 47
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96686
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7681
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:11:54Z
publishDate	2013
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Мельниченко, Т.В. 2016-03-19T11:44:35Z 2016-03-19T11:44:35Z 2013 Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al / Т.В. Мельниченко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 2 (111). — С. 41-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96686 539.234+536.4 Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализов изучены закономерности структурных и фазовых превращений при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной способом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Показано, что особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при послойном осаждении компонентов из паровой фазы обеспечивают объемную диффузию атомов титана в алюминий и зернограничную диффузию атомов алюминия в титан при термической обработке фольги и влияют на характер формирования ее структурно-фазового состояния. Установлено, что морфологические особенности формирования структуры фольги в условиях ее медленного нагрева определяются периодом чередования слоев и соотношением интенсивностей объемной и зернограничной диффузии. Уменьшение периода чередования слоев обеспечивает интенсивную фрагментацию слоев титана при термообработке фольги Ti/Al. Проведен анализ объемных изменений в фольге при протекании фазовых превращений. Показано, что большинство твердофазных реакций сопровождается уменьшением удельного объема фаз. Изменение объема при протекании твердофазных реакций приводит к формированию пустот в материале фольги и увеличению ее дефектности. Установлено, что формирование структурно-фазового состояния многослойной реакционной фольги при нагреве обеспечивается ее структурной самоорганизацией. Особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при нагребе будут влиять на формирование ее физических свойств и возможность практического использования. Using the methods of electron microscopy, X-ray-phase and differential thermal analysis the regularities of structural and phase transformations were studied in heating of multilayer foil Ti/Al, produced by the method of electron beam deposition from vapor phase. It was shown that peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al at layer-by-layer deposition of components from vapor phase provide the volume diffusion of titanium atoms into aluminium and grain-boundary diffusion of aluminium atoms into titanium at heat treatment of foil and influence the nature of formation of its structural-phase state. It was found that morphological features of formation of foil structure under conditions of its slow heating are defined by a period of layers alternation and ratio of intensities of volume and grain-boundary diffusion. The decrease in period of layers alternation provides intensive fragmentation of titanium layers at heat treatment of foil Ti/Al. Analysis of volume changes in foil during proceeding of phase transformation was carried out. It was shown that most solid-phase reactions are accompanied by decrease in specific volume of phases. The change of volume during proceeding of solid-phase reactions leads to the formation of voids in foil material and increase in its defectiveness. It was found that formation of structural-phase state of multilayer reaction foil during heating is provided by its self-organizing. Peculiarities of formation of structure of multilayer foil Ti/Al during heating will influence the formation of its physical properties and possibility of practical application. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al Structure formation in multilayer reaction system Ti/Al Article published earlier
spellingShingle	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al Мельниченко, Т.В. Общие вопросы металлургии
title	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al
title_alt	Structure formation in multilayer reaction system Ti/Al
title_full	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al
title_fullStr	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al
title_full_unstemmed	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al
title_short	Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al
title_sort	структурообразование в многослойной реакционной системе ti/al
topic	Общие вопросы металлургии
topic_facet	Общие вопросы металлургии
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96686
work_keys_str_mv	AT melʹničenkotv strukturoobrazovanievmnogosloinoireakcionnoisistemetial AT melʹničenkotv structureformationinmultilayerreactionsystemtial

Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al

Institution

Ähnliche Einträge