Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки
In the production of macro-heterogeneous composite materials with a metal matrix by the oven infiltration method, it is necessary to control the contact interaction processes occurring at the filler and binder interfaces. The width of the resulting contact interaction zones at the interfaces is an i...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/762 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543965625450496 |
|---|---|
| author | Shtapenko, E. Ph. Syrovatko, Yu. V. Levkovich, O. O. |
| author_facet | Shtapenko, E. Ph. Syrovatko, Yu. V. Levkovich, O. O. |
| author_sort | Shtapenko, E. Ph. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-23T12:24:53Z |
| description | In the production of macro-heterogeneous composite materials with a metal matrix by the oven infiltration method, it is necessary to control the contact interaction processes occurring at the filler and binder interfaces. The width of the resulting contact interaction zones at the interfaces is an indicator of intensity of these processes. The intensity of contact interaction processes depends on many factors, including the binder alloy composition. The paper examines the effect of binder alloying components on the change in the surface tension of the binder alloy, and, so on the intensity of contact interaction processes occurring at the interfaces during infiltration of composite materials. Calculations of changes in the surface tension of iron-based binder upon alloying with C, P, B and Mo are presented using the formalism of the electrochemical interaction of regular solutions. The iron melt was considered as a solvent, while C, B, P and Mo were considered as dissolved components. It was taken into account that formation of an interface resulted in the appearance of unbalanced charges and energetic influence on the ions distributed in the melt. Adsorption of dissolved components on the filler surface decreased the surface tension of the binder. When estimating the thickness of the layer of excess ion concentration at the surface, we assumed that the binder surface tension depended on the number of adsorbed ions. Our calculations were expressed in accordance with the concept of mole equivalent. It is found that alloying of the Fe–C–B–P binder with Mo causes a decrease in the difference between the surface tension values of the alloyed binder and pure iron melt by 28.5 %, and, accordingly, 22.6 % reduction of thickness of the layer of excess ion concentration. The results obtained were compared with the results of experimental works with regard to composite materials with W–C fillers and iron binders alloyed with C, B, P, and Mo. It is determined that when the Fe–C–B–P binder is alloyed with Mo the width of contact interaction zones in the composite materials decreases by 15–20 %. Therefore, the results of calculations using the proposed method for changing the thickness of the layer of excess ions at the interfaces when alloying the binder correlate with the experimental data for changes in the width of contact interaction zones of composite materials. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:34Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-762 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:11:37Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7622026-01-23T12:24:53Z Formation of contact interaction zones during infiltration of composite materials depending on binder composition Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки Shtapenko, E. Ph. Syrovatko, Yu. V. Levkovich, O. O. composite materials binder alloy surface tension adsorption contact interaction zone width композиційні матеріали сплав-зв’язка поверхневий натяг адсорбція ширина зон контактної взаємодії In the production of macro-heterogeneous composite materials with a metal matrix by the oven infiltration method, it is necessary to control the contact interaction processes occurring at the filler and binder interfaces. The width of the resulting contact interaction zones at the interfaces is an indicator of intensity of these processes. The intensity of contact interaction processes depends on many factors, including the binder alloy composition. The paper examines the effect of binder alloying components on the change in the surface tension of the binder alloy, and, so on the intensity of contact interaction processes occurring at the interfaces during infiltration of composite materials. Calculations of changes in the surface tension of iron-based binder upon alloying with C, P, B and Mo are presented using the formalism of the electrochemical interaction of regular solutions. The iron melt was considered as a solvent, while C, B, P and Mo were considered as dissolved components. It was taken into account that formation of an interface resulted in the appearance of unbalanced charges and energetic influence on the ions distributed in the melt. Adsorption of dissolved components on the filler surface decreased the surface tension of the binder. When estimating the thickness of the layer of excess ion concentration at the surface, we assumed that the binder surface tension depended on the number of adsorbed ions. Our calculations were expressed in accordance with the concept of mole equivalent. It is found that alloying of the Fe–C–B–P binder with Mo causes a decrease in the difference between the surface tension values of the alloyed binder and pure iron melt by 28.5 %, and, accordingly, 22.6 % reduction of thickness of the layer of excess ion concentration. The results obtained were compared with the results of experimental works with regard to composite materials with W–C fillers and iron binders alloyed with C, B, P, and Mo. It is determined that when the Fe–C–B–P binder is alloyed with Mo the width of contact interaction zones in the composite materials decreases by 15–20 %. Therefore, the results of calculations using the proposed method for changing the thickness of the layer of excess ions at the interfaces when alloying the binder correlate with the experimental data for changes in the width of contact interaction zones of composite materials. При отриманні макрогетерогенних композиційних матеріалів з металевою матрицею способом пічного просочення необхідно здійснювати контроль процесів контактної взаємодії, що відбуваються на межі поділу між наповнювачем та зв’язкою. Ширина зон контактної взаємодії, що утворюються, на межі поділу є показником інтенсивності цих процесів. Інтенсивність процесів контактної взаємодії залежить від багатьох факторів, у тому числі від складу сплаву-зв’язки. В роботі досліджено вплив легуючих зв’язку компонентів на зміну поверхневого натягу сплаву-зв’язки, і відповідно на інтенсивність процесів контактної взаємодії, що відбуваються на межі поділу при просоченні композиційних матеріалів. Наведено розрахунки зміни поверхневого натягу зв’язки на основі заліза при легуванні С, Р, В та Мо, використовуючи формалізм електрохімічної взаємодії регулярних розчинів. Розплав заліза розглядали як розчинник, а С, В, Р та Мо як розчинені компоненти. Враховували, що утворення поверхні поділу викликає появу незбалансованих зарядів та енергетичного впливу на розподілені у розплаві іони. Адсорбція розчинених компонентів на поверхні наповнювача знижувала поверхневий натяг зв’язки. При оцінці товщини шару надмірної концентрації іонів біля поверхні приймали, що від кількості адсорбованих іонів залежить поверхневий натяг зв’язки. Проведені розрахунки виражали відповідно до поняття моль-еквівалент. Отримано, що легування Мо зв’язки Fe–C–B–P викликає зменшення різниці поверхневого натягу легованої зв’язки та чистого розплаву заліза на 28.5 %, і відповідно зменшення товщини шару надлишкової концентрації іонів на 22.6 %. Отримані результати порівнювали з результатами експериментальних робіт для композиційних матеріалів з наповнювачами W–C і залізними зв’язками, легованими С, В, Р і Мо. Визначено, що при легуванні Мо зв’язки Fe–C–B–P ширина зон контактної взаємодії в композиційних матеріалах зменшується на 15–20 %. Таким чином, результати розрахунків запропонованим методом зміни товщини шару надлишкової концентрації іонів на межі поділу при легуванні зв’язки корелюють з експериментальними даними зміни ширини зон контактної взаємодії композиційних матеріалів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-03-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/762 10.15407/hftp16.01.075 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 1 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 75-82 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 1 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 75-82 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 1 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 75-82 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/762/780 Copyright (c) 2025 E. Ph. Shtapenko, Yu. V. Syrovatko, O. O. Levkovich https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | композиційні матеріали сплав-зв’язка поверхневий натяг адсорбція ширина зон контактної взаємодії Shtapenko, E. Ph. Syrovatko, Yu. V. Levkovich, O. O. Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title | Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title_alt | Formation of contact interaction zones during infiltration of composite materials depending on binder composition |
| title_full | Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title_fullStr | Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title_full_unstemmed | Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title_short | Формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| title_sort | формування зон контактної взаємодії при просоченні композиційних матеріалів в залежності від складу зв’язки |
| topic | композиційні матеріали сплав-зв’язка поверхневий натяг адсорбція ширина зон контактної взаємодії |
| topic_facet | composite materials binder alloy surface tension adsorption contact interaction zone width композиційні матеріали сплав-зв’язка поверхневий натяг адсорбція ширина зон контактної взаємодії |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/762 |
| work_keys_str_mv | AT shtapenkoeph formationofcontactinteractionzonesduringinfiltrationofcompositematerialsdependingonbindercomposition AT syrovatkoyuv formationofcontactinteractionzonesduringinfiltrationofcompositematerialsdependingonbindercomposition AT levkovichoo formationofcontactinteractionzonesduringinfiltrationofcompositematerialsdependingonbindercomposition AT shtapenkoeph formuvannâzonkontaktnoívzaêmodíípriprosočenníkompozicíjnihmateríalívvzaležnostívídskladuzvâzki AT syrovatkoyuv formuvannâzonkontaktnoívzaêmodíípriprosočenníkompozicíjnihmateríalívvzaležnostívídskladuzvâzki AT levkovichoo formuvannâzonkontaktnoívzaêmodíípriprosočenníkompozicíjnihmateríalívvzaležnostívídskladuzvâzki |