Фазовые диаграммы и свойства сплавов алюминия с железом, палладием и церием тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

московский ордена шит, ОРДЕНА октябрьской революции

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ~УНИВЕРСИТЕТ ИИ.М.В.ЛОМОНОСОВА

0

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи Экземпляр №

Филиппова Алла Анатольевна

УДК 669.017.71.181.855

ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ И СВОЙСТВА СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ С ЖЕЛЕЗО!!, ПАЛЛАДИЕМ И ЦЕРИЕМ

(02.00.01 - неорганическая химия)

Автореферат диссертации на соискание.ученой степени кандидата химических ,наук

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре общей химии химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

кандидат химических наук, доцент

Раевская М.В. <

1

доктор химических наук, профессор Соколовская Е.М.

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Полякова В.П.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Фомин С.С.

ведущая организация:

НПО "Стеклопластик"

1990 г.

Защита диссертации состоится 'V ?-"

у > С--0 '

в 70 часов на заседании специализированного совета К 053,05.59 по присуждению ученой степени кандидата химических наук в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносс по специальности 02.00,01 - неорганическая химия, химические науки по адресу: 119899, ГСП, Москва В-234, Ленинские горы, МГУ, химический факультет, аудитория

Автореферат разослан " ¿irfzttft

1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук

Ж

ь

Кучеренко Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ^

Актуальность темы. Создание новых конструкционных материалов, ;чающих требованиям современной науки и техники, является одной ¡ажнейших задач материаловедения. Алюминий и сплавы на его осно-ю-прежнсму занимают важное место среди материалов, нашедших ши-ie применение, благодаря целому ряду свойств, которые выгодно [чают их от других металлов и сплавов. Для алюминия характерна ■льшая плотность, хорошзя пластичность и достаточная механическая :ность, высокие тепло- и электропроводность.

В последнее время значительное внимание уделяется созданию хпроопрочннх материалов с малым удельным весом. Сплавы алюминия реходными металлами являются перспективными для получения сверхпрочных и легких сплавов, т.к. переходные металлы характеризукгг-ысокой межатомной связью и низким коэффициентом диффузии в твер-алюминии. Широкие возможности в этом направлении открывают совиные нетрадиционные методы технологической обработки сплавов, в чости, метод быстрой закалки (скорость охлаждения -^Ю^К/с). быстрой закалки основан на получении пересыщенного твердого вора, в результате распада которого распределение частиц второй создает мелкозернистую структуру (~1 мкм и меньше), что способ-увеличения прочности быстрозакаленных: сплавов (БЗС) по срав-1 с обычно охлажденными сплавами.

Выбор сплавов с необходимым комплексом свойств возможен на пути 1Ьэования соответствующих равновесных и метастабильньтх диаграмм >яния, знание которых позволяет выяснить характер взаимодействия ^центов, закономерности образования и распада интерметаллических синтезированных в равновесных и неравновесных условиях, режимы :ческой обработки.

Таким образом, актуальность темы Обусловлена, с одной стороны, есом к изучению злияния легирующих добавок на свойства алюминия связи с этим, теоретическим интересом к фундаментальным иссле-иям неизученных диаграмм состояния, 'с другой стороны, интересом чению влияния способа получения на свойства алюминиевых сплавов. Целью настоящей работы явилось изучение физико-химического взаи-зтвия алюминия с железом, палладием церием и последующее по-ше изотермических сечений диаграмм состояния систем алюминий-ций-железо и алюминий-палладий-церий в области концентраций от 100 ат./5 AI при температуре 500°С и изотермического сечения 1ммы состояния системы алюминий-железо-церий в области, юогатой 1ием, при температуре, 550°С, а также политЬрмических разрезов

диаграммы состояния системы алюмнний-келезо-церий. Установление расположения фазовых областей в четверной системе алюминий-жел« церий-палладий в области, богатой алюминием, при температуре 5( с содержанием палладия 0,5 и 5 ат.%. Установление закономерное1; образования и. распада метастабильных фаз в сплавах, полученных ■годом быстрой хакалки (скорость охлаждения ~ систем 'алп

ний-церий, алшиний-железо-церий и алюминий-железо-церий-палла^ влияния способа получения на коррозионние свойства сплавов алт с железом, палладием и церием. 4

Научная новизна. Комплексом методов физико-химического анг впервые исследованы фазовые равновесия в тройных системах алюю палладий-железо и алюминий-палладий-церий (от 50 до 100 ат.% А'. Построены изотермические сечения указанных систем при темпера^ 500°С. Установлено существование тройных фаз А, В, С и Д в троР системе алюминий-палладий-церий в области исследованных концеш цин при температуре 500°С. Две первые фазы характеризуются знач тельными областями гомогенности и расположены вдоль изоконцентр церия в области составов:

А - 58-65 ат.% А1, 15-24 ат.% Рс1, 17-20 ат.% Се; В - 45-56 ат.% А1, 30-27 ат.% Рс{, 15-19 ат.% Се; С - 36 ат.% А1, 30 ат.% Рс1, 34 ат.% Се; Д - 74 ат.% А1, 17-18 ат.% Рс(, 7-8 ат.% Се.

Расшифрованы структуры фаз А,В и С. Фаза А индицирована в бической сингонии (структурный тип УЛ^и А1^), фаза В - в тетраг нальной сингонии (структурный тип Себа^А^), фаза, С -вгексагона ной сингонии (структурный тип ЗК/!£А1).

Впервые построено изотермическое сечение системы алюминий-железо-церий при температуре 550°С в области, богатой алюминием Установлено, что в равновесии с алюминием находятся фазы Тек!^, СеА1^ и . Впервые построены политермические разрез

РеА1з~СеА14 и II- ^'(СеГе^АХэд) и установлено, что фаза 'У"'обра ется по перитектической реакции при температуре 940°С.

Впервые установлены фазовые равновесия в четверной системе алюминий-железо-церий-палладий в области, ООгатой алюминием, пр температуре 500°С с содержанием палладия 0,5 и 5 аТ'.$. '

Данные, полученные при изучении характера фазовых -разновес в системах алюминий-палладий-железо, алюминий-палладий-цорий, а миний-железо-церий, алюминий-железо-церий-палладий, послужили о вой определения фазового состава и процессов старения быстрозак ленных сплавов.

Впервые установлены закономерности изменения фазового состава " БЗС систем алюминий-церий, алюминий-железо-церий, плюминий-жолезо-церий-палладий,' полученных со скорость» охлаждения ~10иК/с, образования и распада метастабильных фаз в изученных системах в интервале температур 250-450°С.

Впервые изучены коррозионные свойства быстрозакаленных сплавов алюминия с железом, церием и палладием в 3^-ном растворе Ми-

нимальными скоростями коррозии обладают сплавы системы алюминий-железо-церий.

Практическая значимость -работы. Построенные диаграммы состояния тройных систем алшиний-палладий-железо и алюминий-палладий-церий, а также четверной системы алюминий-железо-церяй-палладий в области, богатой алюминием, могут служить руководством для направленного синтеза сплавов алюминия с железом, палладием и церием, обладающих определенным набором физико-химических свойств, а также справочным материалом для исследователей, работающих в области фи-эико-химии металлических сплавов.

Результаты исследования процессов кристаллиаации в системах алюминий-железо-церий и алюминий-железо-церий-палладий являются теоретической основой для подбора условий синтеза метастабильных фаз, выбора темпзратурно-временных параметров их распада с'целью получения максимально упрочненных сплавоз.

Исследование коррозионных свойств равновесных и быстрозакаленных сплавов алюминия с железом, церием и палладием позволяет сделат вывод о возможности их использования в хлорсодержащих средах.

Полученные данные по фазовым равновесиям включены в отчет АН СССР за 1988 г. по неорганической химии "Успехи неорганической химии 'в СССР за 1988 г.", справочник ВИНИТИ "Диаграммы состояния металлических систем" и могут быть использованы в учебных курсах по физико-химическому анализу.

Настоящая работа выполнена в рамках договора с ВИЯСом.

Апробация работы и публикации.-Материалы диссертации доложены и обсуждены на конференциях молодых ученых химического факультета МГУ (Москва, 1986 и 1990), ХУ1 научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НПО ГИПХ '{Ленинград, 1985), Ш Всесоюзной научно-технической конференции по прогрессивным методом защиты металлов и изделий от коррозии (Москва, 1988), Ш Всесоюзном совещании по проблемам исслёдования структуры аморфных металлических сплавов (Красновидово, 1988), У Всесоюзной конференции по интерметалличес-

ким соединениям (Львов, 1939), У Всесоюзном совещании по диаграмм состояния (Звенигород, 1989); опубликованы в 2 статьях и тезисах докладов.

Объем работы.Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы. Работа оформлена в соответствии с ГОСТ 7.¡32-81 Изложена на страницах машинописного текста, включает ! рису ков, таблиц. Список цитируемой литературы содержит наимено ваний отчественных и зарубежных авторов.

Во введении обосновывается актуальность темы и выбор объекто исследования, ставятся цель и задачи исследования.

В литературном обзоре рассмотрены вопросы взаимодействия алю миния с железом, палладием и церием в двойных системах в равновес ных и неравновесных условиях, дан анализ имеющихся сведений по ДИ' аграммам состояния систем алюминий-палладий-железо, алюминий-желе, церий. Рассмотрены некоторые закономерности образования алюминидо в двойных и тройных системах с Зс1- и 4|-переходными металлами.

В экспериментальной части описана методика эксперимента, пре, ставлены результаты физико-химического исследования взаимодействие алюминия с железом, палладием и церием в равновесных условиях, ре^ вульгаты по изучению фазового состава и термической устойчивости фаз в бистрозакаленных сплавах алюминия с переходными металлами. Изложены результаты изучения коррозионной стойкости сплавов алюминия с переходными металлами в 3%-нсм растворе «Л^СГ.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Строение изотермических сечений диаграмм состояния систем алюминий-палладий-железо, алюминий-палладий-церий при 500°С в области концентраций от 50 до 100 ат.% А1 и алюминий-железо-церий

.при 550°С в области, богатой алюминием. Строение диаграммы состояния четверной системы алюминий-железо-церий-палладий в области, богатой алюминием, при температуре 500°С с содержанием палладия О, и 5 ат./о.

2. Строение политермических разрезов ГеАГд-СеАГ^ и А.1- у' (СеРе;>А1эд) системы ялюминий-железо-церий.

3. Закономерности изменения фазового состава БЗС систем алюминий-церий, алюминий-железо-церий и алюминий-железо-^ерий-палла-дий в зависимости от содержания легирующих добавок при быстром охлаждении (ТГ — 10%/с).

4. Закономерности образования и распада метастабильнкх фаз в изученных системах в интервале температур 250-450°С.

5. Результаты по изучению влияния быстрой закалки на снижение шрости коррозии сплавов на основе алюминия с различными легиру-цими добавками.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материалы и методы исследования. В качестве исходных материа-зв использовали: алюминий марки А-999, железо карбонильное (99,95 &.%), церий (99,9 тс.%), палладий губчатый (порошок ППД-2). шавы приготовили в электродуговой печи с нерасходуемым вольфрамо->тм электродом на водоохлаждаемом медном поддоне в атмосфере аргона ■•еттером служил титан). Контроль за составом сплавов осуществляли звешиванием образцов до и после плавки, э также методом микрорект-зноепектрального анализа выборочных сплавов. Угар сплавов составил не более 2 мае.%.

Для приведения сплавов в равновесное состояние проводили гомо-знизационный отжиг в вакуумированных кварцевых ампулах при 500°С течение 1500 часов. Закалку сплавов производили быстрым сбрасы-шием ампул в ледяную воду с их последующим разбиванием под водой.

Быстрозакаленные сплавы получали методом спишингопания в виде ;нт шириной от 2 до 5 мм и толщиной 0,01-0,02 мм на установке Ш-100 посредством охлаждения дозированной струи расплава на внеш-!Й поверхности медного цилиндра, вращающегося со скоростью 30 м/с. ;орость закалки определяли по калибровочному графику в координа-IX:^толщина образца (мм) - скорость закалки (К/с), и составляла 10%/с.

С целью изучения устойчивости метаегабильных фаз в БЗС осуиест-[яли- их термическую обработку при 250, 350 и 450°С в течение 12, >, 50, 75 и 190 часов в запаянных вакуушрованных пирексовых ам-глах.

В работе были использованы следующие методы физико-химического [ализа: микроструктурный, рентгенофазовый, микрорентгеноспектраль-1й, высокотемпературный дифференциально-термический, дгсро- и мик-дорометрический, просвечивающая электронная микроскопия. Для [ентификации фаз в некоторых БЗС применяли метод ЯГР. Коррозион-то стойкость образцов изучали с помощью потенциодинамического и »авиметричсского методов.

Микроструктуру сплавов исследовали на микроскопе "Л/еоркоЬ-2" 'И увеличении-<400. В качестве травителя .использовали раствор ома в этиловом спирте. ч .

Рентгенофазовый анализ проводили методом порошка в камерах РКД-57 на фильтрованном медном излучении на приборе УРС-50. С целью идентификации фаз в БЗС до и после отжига проводили съемк дифрактометрическим методом на аппарате ДРОН-3 с использованием медного излучения и никелевого фильтра. Фазовый анализ проводили путем сравнения рентгенограмм сплавов с эталонными рентгенограммами исходных компонентов и интерметаллических фаз и соединений, также путем сопоставления полученных данных с данными картотеки А$ТМ и оригинальных статей.

Микрорентгеноспектральный анализ проводили на приборе "Сате1 при ускоряющем напряжении 20 кэВ. Для определения количественно? состава фаз использовались аналитические линии КлРе, HU.Ce,

1йРс1.

Определение температурных интервалов фазовых превращений пр водили на установке ВДГА-8М2 (ОКТБ ИЖ> АН УССР) с помощью диффер циальной вольфрам-зольфрамрениевой термопары и при скорости нагр ва 80°/мин в атмосфере гелия.

Дюрометрический анализ сплавов проводили на приборе ТП-7Р-1 по ГОСТ 2999-75 методом вдавливания алмазной пирамидки с углом при вершине 136° при нагрузке 50 н. Микротвердость равновесных сплавов измеряли на приборе П1лТ-3 при нагрузке 0,5 н. Измерение твердости БЗС из-за очень малой толщины сплавов проводили на при боре для измерения микротвердости при нагрузке 0,1-0,2 н.

Изучение микроструктуры БЗС проводили методом просвечивающе электронной микроскопии на микроскопе "КИиаМ Р-500" при увелич нии * 3000. Для изучения микроструктуры БЗС образцы утонялись ра вором состава: 80 мл ортофосфорной, 15 мл серной, 5,5 мл азотной кислот на водяной бане при температуре 95°С в течение I мин. Авт ром готовились образцы и обсуждались полученные результаты.

Спектры ИГР снимали в НИИ ® МГУ на мессбауэровском спектро< метре с постоянным ускорением и источником ^^Со(Си.) и сцинтилля-ционным детектором с тонким кристаллом ЛаУ(Т1) при 77 К. Автор готовил образцы, принимал участие в обсуждении результатов.

Коррозионные свойства равновесных и быстрозакаленных сплаво: алюминия с железом» церием и палладием изучали с помощыд потенцш динамического и гравиметрического методов в 3%-иом растворе Л&.С'. Анодные поляризационные кривые снимали на пэтенциостате П-5827 щ комнатной температуре, потенциал измеряли относительно хлорсереб-ряного электрода. Весовые испытания проводили согласно ГОСТ 9.0Г 74 путем помещения образцов в агрессивную среду и выдер^ ^.-ания и:

в течение 360, 720, 1080 часов. После удаления продуктов коррозии эбразцы промывали . и высушивали, потери в массе фиксировали весами ВЛР-200 с точностью 5«Ю-5.

Физико-химическое исследование вззимод-зпствия алюминия с железом, палладием и церием в равновесных условиях

Анализ литературных данных показал, что взаимодействие в двойных системах алюминия с железом, палладием и церием изучено достаточно подробно во всей области концентраций. Данные о строении тройных систем алюминий-палладий-железо, алюминий-железо-це-эий не полны и отрывочны. Имеются частичные сведения о системе злюииний-палладий-желеэо (построены политермические разрезы Рс1А1-Ре, 'с^АТ-Ге). Строение тройной системы алюминий-железо-церий изучено в эбласти концентраций до 33,3 ат.% Сб, однако, не определен ликвидус 1 солидус диаграммы состояния системы в области, богатой алюминием, сотя эти данные необходимы для изучения закономерностей образования и распада метастабильных фаз на основе алюминия, а также темпе-эатурно-временных параметров их термообработки, приводящей к максимальному упрочнению сплавов. Данные о взаимодействии компонентов в тройной алюминий-палладий-церий и четверной алюминий-железо-церий-1алладий системах в литературе отсутствуют.

Система"алюминий-палладий-железо. Результаты исследования ¡плавов системы алюминий-палладий-железо представлены на рис.1 в зиде изотермического сечения при температуре 500°С в области концентраций от 50 до 100 ат.% А1. базовые равновесия в данной сис-?емр характеризуются наличием тверд!« растворов различной протя-сенности на основе исходных бинарнйх соединений алюминия с палладием (РсМГ^ ~Ю ат.%; Рс^АГд ~23 ат.-%). Фазы на основе зквиагом-1ьк соединений Рс1А1 и РеАХ со структурой типр С5С1, как и следова-ю ожидать, образуют между собой непрерывный ряд твердых растворов, ¡аз, отличных от существующих в двойных системах, при данной тем-' юратуре не обнаружено.

Система алюминий-палладий-церий. По данным физико-химического 1нализа впервые построено изотермическое сечение диаграммы состоя-1ия системы алюминий-палладий-церий в области концентраций от 50 р 100 ат.% А1 при температуре 500°С (рис.2). Как видно из рис.2 ¡зотермическое сечение имеет сложное строение, что обусловлено, с дкой стороны, существованием большого количества бинарных соеди-

нений в двойных системах (5 - в системе алюминий-палладий, 4 -системе алюминий-церий), ограничивающих исследованную тройную, другой стороны, - образованием четырех тройных фаз А, В, С и Д. Твердью растворы на основе бинарных интерметаллидов практически сутствуют. Тройные фазы А и В обладают заметными областями гомо генности и расположены вдоль изоконцентраты церия в облает^ сос вов: }

А - 58-65 ат.% А1, 15-24 ат.% Рс£, 17-20 ат.% Се; В - 45-56 ат.% А1, 30-37 ат.% Ра, 15-19 ат.% Се; С - 36 ат.% А1, 30 ат.% Рс1, 34 ат.% Се; Д - 74 ат.% А1, 17-18 ат.% Рй, 7-8 ат.% Се.

Установлено, что фаза А обладает ромбической кристалличесш решеткой структурного типа УУс фаза В - тетрагональной стр] турного типа Се6а<эА1.г>, фаза С - гексагональной структурного тип;

По данным рентгенофазового и микрорентгеноспектральногс анализов установлено, что фаза Д не-имеет области гомогенности 1 обладает кристаллической решеткой низшей сингонии. Структуру ощ делить не удалось.

Система алюминий-железо-церий. Как указывалось выше, изотер мическое сечение системы алюминий-железо-церий при 500°С в облас концентраций до 33,3 ат.% Се изучено достаточно подробно. Однакс результаты исследования БЗС, которые будут изложены ниже (стр.? показали, что фазовый состав БЗС отличается от фазового состава равновесных образцов. Поэтому возникла задача проверки равновесной диаграммы состояния в области, богатой алюминием. С этой цед было предпринято построение изотермического сечения при 550°С (рис.3) с помощью методов физико-химического анализа. В исследог ной области концентраций характер фазовых равновесий достаточно и определяется взаимодействием твердого раствора на основе алюм!' с бинарными соединениями ГеАГд и СеА1^, а также с тройным соедиь нием Тг (СеРе2А12ф), приводящим к образованию двойных: А1+ "У', А1 РеА13, А1+СеА14 и тройных А1+ У +ГеА13, кТ+Г'+Сек!^ областей.

Для определения фазового состава БЗС тройной системы алюмии железо-церий необходимо знание диаграммы плавкости изучаемой сис мы, сведения о которой в литературе отсутствуют. В настоящей раб были построены политермические разрезы диаграммы состояния систе алюминий-железо-Цбрий. Политермический разрез РеА^-СеА^ предст лен на рис.4а. Кривая ликвидуса состоит из трех ветвей. Одна из торых - след сечения поверхности начала кристаллизации СеА1->,

ругая - Сетретья - Тек!^. Солидус представлен двумя горизон-альнмми линиями. Одна из них, соответствующая тегшературе 940°С, твечает перитектической реакции СеА1^+1* = Т', вторая - эптектичес-эму взаимодействию V' и РеАГд при температуре 925°С.

На рис. 46 показан лучевой разрез А1- 'V' (СеРе^АХзд). Ликвидус эстоит из трех ветвей. Самая большая ветвь соответствует началу ристаллизации СеА1^, вторая ветвь - тройной фазы "У"' (СеРезАХдо), ретья - твердого раствора на основе алюминия. Солидус представля-г собой горизонтальную прямую при температуре о40°С и отвечает войной эвтектике А1+ 'У' .

Система алюминий-железо-церий-палладий. На основании резуль-зтов исследования тройных систем алюминий-палладий-железо, ялю-1нкй-палладяй-церий, алюминий-железо-церий и сплавов четверной лстемы алюминия с железом, палладием и церием построена схема ззовых равновесий диаграммы состояния системы алюминий-г.елечо-зрий-палладий,при 500°С с содержанием палладия 0,5 и 5 от.®', (рис. ). Твердый раствор на основе алюминия проникает в четвернуо сис-зму незначительно. Существование тройного соединения в сг.сто-з алюминий-железо-церий усложняет характер фазовых равновесий в зтверной системе. Взаимодействуя между собой, а также с твердым »створом на основе алюминия и тройным соединением'У'(СеРе2А120), »единения Ро^Л^, РеА1д, СеА1^ образуют области двух- и трехфаз->го взаимодействия. Новых фаз в изученной части четверной систе-I не обнаружено.

Ксследо пание быстрозя каленных сила по г> алюминия с железом, палладием и цезием

'В литературе отсутствуют сведения о фазовом составе БЗС алю-:ния с железом, палладием и церием и .влиянии термической обработана, устойчивость метастабильных фаз в сплавах па основе алюми-я. Поэтому в данной работе были изучены температурно-временная тойчивость и процессы распада метастабильных фаз, образующихся и закалке сплавов со скоростью ■~Ю°К/с.

БЗС алюминия с железом, палладием и.церием получены в микро-исталлическом состоянии (размер зерна не более 5 мни), что под-ерждают данные электронномикроскопического метода. (

Установлено, что максимальная растворимость церия в алюминии ставляет 0,8+0,2 ат.% церия. При совместном легировании железом цериемв алюминии она составляет 1,15+0,35 ат./э железа и 0,24+0,15 }% церия. ' 1

- 10 -

Увеличение содержания легирующей добавки изменяет фазовый состав БЗС на основе алюминия. Так, сплав системы алюминий-цери содержащий I ат.% церия, имеет две фазы: твердый раствор на осн ве алюминия и CeAI^. Сплав системы алюминий-железо-церий, содер жащий 2,0 ат.% железа и 0,4 ат.% цёрия, имеет две фазовые сбста ляющие: твердый раствор на, основе алюминия и метастабильную фаз, FeAIg. Сплав системы алюминий-железо-церий-палладий с содержани ем 0,1 ат.% железа, 0,2 ат.% церия, 0,1 ат.% палладия имеет три фазы: твердый раствор на основе алюминия, равновесную фазу FeAI и метастабильную фазу PdAIg. Сплав с содержанием 5 ат,% железа, 10 ат.% церия, 5 ат.% палладия имеет четыре фазы: твердей pacTDi на основе алюминия, метастабильную фазу PdAIg и равновесные ГеА и CeAI^.

Возможности практического использования БЗС (1Ю^К/с) и: области пересыщенного твердого раствора определяются термическо{ стабильностью метастабильных фаз.

За температуру начала распада пересыщенного твердого раствс на основе алюминия принимали температуру, при которой начинается увеличение твердости, что соответствует появлению интерметалличе ких фаз.

Сплавы системы алюминий-церий можно разделить на три группь: по фазовому составу БЗС и фазовому составу сплавов после отжига. Первая группа сплавов с содержанием церия до I ат.% характеризуе ся однофазным составом в быстрозакаленном состоянии (твердый рас вор на основе алюминия) и появлением фазы CeAl^ в результате отж га. Распад пересыщенного твердого растзпра протекает по схеме:

А1п(Се)—~А1р+СеА14, где AIjj - пересыщенный твердый раствор на основе алюминия, Alp - насыщенный твердый раствор на основе алюминия. Вторая группа сплавов с содержанием церия 1-2,1 ат.% как в быстр: закаленном, так и в термообработанном состояниях содержит две фа: AI и СеА14. Причем, в сплавах этой группы при отншге, по-видимом; протекают два процесса. С одной стороны, идет распад пересыщенно] твердого раствора на основе алюминия, который преобладает до тем; ратуры 250°С. С другой стороны, происходит коагуляция выделяющей? при быстрой закалке интерметаллидной фазы CeAI^. Результаты вторе процесса наиболее ощутимы при температуре свыше 250°С.

Процессы образования метастабильных фаз и их распад в тройке Уйстеме алюминий-железо-церий происходит сложнее, чем в двойной

толинии-церип.

Исследованные тройные БЗС можно разделить на две группы по вы-зназванным признакам. Дтя первой группы сплавов с содержанием же-зза 0,1-0,3 вгс.% и церия 0,02-0,07 ат.р характерно наличие одиозной структуры в быстрозакаленном состоянии (пересыщенный тзер->тй раствор на основе алюминия), для второй группы сплавов с содер-' шием железа 2,0-3,0 ат.%,церия 0,4-0,9 ат.% - появление в быстро-шаленном состоянии помимо алюминия второй фазы ГеА1^. При увели-¡нии продолжительности отжига от 25 до 50 часов при температуре 250° ¡ачала происходит образование стабильных фаз СеА1^ и РеА1д и уже >и температуре 450°С - образование стабильной фазы У (Се^^АХэд) I реакции:

СеА1 У (СеТегМ10)

1И 4 '

СеАГ4+2ГеА13-*-у-'<.СеТегк110).

Исследованные БЗС четверной системы алюминий-желсзо-церий-пал-дий по лучу с соотношением Ре:Се:Рй=1:2:1 можно разделить на две уппы. К первой группе относятся БЗС с содержанием церия до 0,5

фазовый состав которых характеризуется присутствием состарля-их: пересыщенный твердый раствор на основе алюминия, стабильная за РеА1з и метастабильнзя Р<М1д. С повышением температуры отжига 50°С) появляется фаза PdAI4. Это связано, по-видимому, с протекаем реакции:.....

Рс1А1з(м)-!М~Рс*А14.

На дифрактограммах с содержанием церия до 10 ат.д> (вторая груп-) были идентифицированы 4 фазовых составляющих: А1, стабильные фа-РеА1з и СеА1л, метастабильная PdAIз. С повышением температуры от-?а (350 и 450 С) происходит превращение, подобное тому, какое протает в системе алюминий-железо-церий4

Надо отметить, что увеличение содержания дерия в БЗС способст-зт понижению температуры перехода метастабильной фазы в

зновесную PdAI4. Так, при содержании в сплавах церия до 0,2 ат.% зт процесс протекает при температуре 450°С, в то время как при ;ержании перия 10 ат.% эта реакция происходит при температуре )°С.

Изучение БЗС систем алгаминий-железо-церйй и алюминий-железо-)ий-палладий показало, что термическая устойчивость пересыщенных фдых растворов уменьшается с увеличением содержания легирующих 1авок. ' ■

Оптимальными составами являются: 99,3

ат .%> А1, 0,1 атТе.

- 12 -

0,02 ат./о Се; 99,9 ат.Я AI, 0,1 атS Се.

Изучение коррозионных свойств сплавов алюминия с железом, палладием и церием

В настоящей работе исследованы коррозионные свойства ряда j новесных и быстрозакаленных сплавов алюминия с железом, пал&ади* и церием, изучена зависимость скорости коррозии от способа !полу< сплавов.

Токи коррозии микрокристаллических образцов системы алюмит железо-церий на порядок ниже, чем токи коррозии равновесных спле dob. В отличие от равновесных сплавов поляризационные кривые БЗС имеют области пассивного состояния. Это объясняется различием фг зового состава равновесных и- быстрозакаленных образцов, а также, видимому, поверхностной оксидной пленки. В микрокристаллических сплавах отмечается высокая плотность границ зерен и отсутствие к них каких-либо фазовых выделений, что способствует улучшению сто кости БЗС.

Скорости коррозии БЗС (мм/год), определенные с помощью грав метрического метода, намного меньше скорости коррозии чистого ал миния.

Растворение равновесных и быстрозакаленных сплавов четверно системы алюминий-железо-церий-палладий носит практически одинако вый характер. Однако, для равновесного образца значение тока кор розии меньше , чем значение тока коррозии для БЗС и скорость рас ворення равновесного образца больше, чем дта БЗС.

, 1 ВЫВОДЫ

1.Комплексом методов физико-химического анализа впервые изу чено взаимодействие алюминия с железом, палладием и церием и пос ны изотермические сечения диаграмм состояния систем адюминий-пал< ладий-нелезо, алюминий-палладий-церий при температуре 500°С, алю-миний-железо-цернй - при 550°С в области, богатой алюминием.

2. Установлено существование тройных фаз А, В, С и Д в тройной системе алтоминий-палладий-церий при температуре 500°С. Расшис рованы структуры тройных фаз А, В и С. ,

3. Определено, что взаимодействие между соединениями CeAI^ 5

FeAIg и между твердым раствором на основе алюминия и соединением у' (CeFe^AIjQ) протекает по эвтектическому типу. Температура Э1 тектик - 900 и 550°С, соответственно. Тройное соединение ^Г'обра-

;тся при температуре 940°С по перитектической реакции из CeAI^. • 4. Построена схема фазовых равновесий в алюминиевом углу сис-'ы алюминий-желез ок'.ерий-паллядай при 5С0°С. Установлено, что Фдый раствор на основе алюминия взаимодеЯстпуст с четырьмя двух-¡ныгли (AI+FeÄlg, AliCeAI^, AT+PdAI^, AI+ Т') и тремя двухфазными :+F*AI3+PdA.I4, AI^CeAI4vPdAI4, AI, -v',PdAI4) пбл стямп.

5. Установлены закономерности изменения фазового состава ПЗС тем алюминий-церий, алюминий-железо-церий, алшиний-железо-це-:-палладий, полученных со скоростью закалки ~ IO^i/c, и установ-:ы границы пересыщенного твердых растворов церия и железа в ялга-ии. Показано, что максимальная растворимость церия в алюминии

скорости закалки ~ 10°К/с возрастает в 30 раз по сравнению с творимостыо в равновесном состоянии.

6. Установлены закономерности образования и стадийность рпс-а метастабильных фаз в изученных системах в интервале темперл-

250-450°С.

7. Определено, что исследованные БЗС системы алюминий-жолезо-ий можно отнести к категории высокостойких материалов на основе дащия.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано:

Зоколовекая Е.М., Казакова S.5., Филиппова A.A., Фадеева З.К., "'рибаноц A.B., Романова B.C., Боровикова С Л*., базовые диаграммы завноЕесных и быстрозакаленных сплавов AI-Fe-Ce// Изв.АН СССР. Яеталлы. 1988. }? 2. С.209-210.

Невская Ы.В., Филиппова A.A.,Татаркина А.Л., Соколова И.Г. Физико-химическое взаимодействие в ¿истеме AI-Pd-Fe (от 50 дэ [00 ат.% AI)// Вестник Моск.ун-та. Серия 2. Химия. ISC8. Г.2Э, г' 5. С.530-532.

Филиппова A.A. Исследование равновесных и метастабильных спла-юв системы AI-Fe-Ce// Труды конференции молодых учета хкми-:еского факультета МГУ (25-28 января ISSor.): Сборник/ МГУ, М., 985 . 4.1. С Л12-115. Дел. в ВИНИТИ о.11.86, № 7573-BGo. :околовская Е.М., Филиппова A.A., Лобода Т.П. Исследование ыстрозакаленных сплавов системы AI-Fe-Ce// Труды Ш Всесоюз-ой конференции по 'проблемам исследования структуры аморфнт.ж плавов: Сборник/ М., 1988. Ч.П. С.465.

аевская М.В., Филиппова A.A.',, Татаркина А1л. Новые интерметал-

- 14 -

лические соединения в системе AI-Pd-Се// Труда У Всесоюзно конференции по ИМС: Сборник/ Львов. 1989. С.97.

6. Раевская М.В., Филиппова A.A., Татаркина А.Л. Фазовые равн скя в системах, образованных алюминием с железом, палла^е церием// Труда У Всесоюзного совещания по диаграммам состо. Сборник/iL 1339. С. 145. ¡'

7. Раевская М.В., Филиппова A.A., Лобода Т.П. Электрохимйческ • свойства равновесных и быстрозакаленных сплавов алюминия с

лезом и церием// Труды Всесоюзной научно-технической кои ренции по прогрессивным методам и средствам защиты металле коррозии: Сборник/ И. Изд. ВМНИК. 1988. Ч.П. С.73-79.

8. Филиппова A.A., Казакова Е.5., Лобода Т.П. Электрохимическ: свойства равновесных и быстрозакаленных сплавов алюминий-» зо и алюминий-яселезо-церий// Труды Тезисов Докладов Респуб. канскэй научно-практической конференции: Сборник/ Орджоник! 1988. С.52-53.

9. Раевская М.В., Филиппова A.A., Татаркина А.Л. Фазовая диаг] ма состояния системы AI-PdL-Ce при 500°С// Материалы конфер< ции молодых ученых химического факультета МГУ (29-31 январ^ 1990г.): Сборник/ МГУ. ГЛ., 1990. С.53.

10. Раевская М.В., Филиппова A.A., Татаркша А.Л. Фазовая дааг| ма состояния системы AI-Pd-Fe при 500°С// Материалы конфер< молодых ученых химического факультета МГУ (29-31 января 19(. Сборник/ МГУ. М., 1990. С.45.

Материалы диссертации доложены на:

1. Конференции молодых ученых химического факультета МГУ, Москв; 1990.

2. ХУI научно-технической конференции молодых ученых и специалис НПО ГИТС'. Ленинград. 1983.

3. Всесоюзной научно-технической конференции по прогрессивны.! ме дам 'защиты металлов и изделий от коррозии. Москва, 1986.

4. Ш Всесоюзном совещании по проблемам исследования структуры ai ных металлических сплавов. Красновидово, 1980.

5. У Всесоюзной конференции по ШО, Львов, 1989. /

Al

Рис. I

• Al

- lb -

СеАЦ

Fe AL

Рис. 3

Pe AL з 76 7/ 76 Г9 СеАц Д\.

am.e/eAL •

Рис. la

V

ад за î6,5 Рис. 46

а

(