Исследование химической совместимости никелевых сплавов с тугоплавкими металлами в пятикомпонентной системе Cr-Мo-Ni-Re-V тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕ-СА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛУПНП 1'. ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕН:-^ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА.

Хгсйнесккй факультет

Из правах руко::;:с::

Борисов ешпмир альбертович

ИССЛЕДОВАНИЕ ХС.ЙЧЕСКОЯ СОВМЕСТИМОСТИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ТУГОПЛАВКИМИ МЕТАЛЛАМИ В ГШТЖСМПОНННТНО:'. СИСТЕМЕ Сг-Мо-!Л-Не-У ( 02.00.01 - нсоргат'.чвская хюыя )

Автореферат диссерташп! ка со;;ск2!5:о ученой степени каэдигта х21':.!ческих наук

МОСКВА - 1993

Работа выполнена не кафедре общей химии Химического Ськул'ьтита Московского государственного университета имени ;.!. З.Ломоносова.

Научный руководитель: кандидат химических наук

в.н.с. Е.М.Слюсаренко

Официальные оппоненты: доктор химических наук

Гаськов A.M.

кандидат технических наук Сергеев A.B.

Задутая организация: ЛНПО "Союз" -

Защита состоится г. в М ч.-Ю мин. на

заседании Специализированного Совета К Р58.05.59 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова, по адресу: II7234, Москва, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет, ауд.^^* .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического Факультета МГУ.

Автореферат разослан " ^ 19ЭЗ г>

Учншй секретарь • , i .

Специализированного Совета

к'шдидат химических наук, доцент . Л.'А.Кучеренко

- Г -

общая характеристика работу

Актуальность работы. Использование тугоплавких металлов а качество основа жаропрочных материалов порождает проблему их заэдты от высокотемпературной газовой коррозии. Для решения этой проблеет в качестве заицтешх покрытий используются жаростойкие никелевые сплавы, наноавае на рабочую поверхность изделия. Однако, при непосредственном соединении в композицию металлов, имекних ОЦК- и ПШ-структуру, наблюдается интенсивнее взаимодействие элементов приводящее к образование ь зоил соединения хрупких интерметаллическил. Саз. Появление слоев таких фаз резко снижает эксплуатационное характеристики материала.

Процессы образоЕаш:я промежуточных Саз в зоне соединении, контролируема ди'Фузконным массопереносом, являются самопронзволыгымн, поэтому предотвратить ilk можно только целенаправленным Иомоне!-:пем состава, а 6 некоторых случаях, и структур;; составляпдих композиционного материа::.м. При рееонии проблем обычно используется два подхода:

1, Поиск ауте?. удлинения инкубационного периода появлет:я слоез пнтермоталлидоз. При высоких температурах малоэ№зктпЕ.е}1 из-за значительных скоростей взаимодействия на поверхностях раздел.-! композиционного материала.

2. Радиальное изменение макроструктуры слоистого композита, с цель» псхг.ачекия , нестабильных поверхностей раздело пу;о". "зводения промежуточных слоев, разделякдах основные компоненты и не образует« при взаимодействии ннтерметалличоских Саз но поверхностях раздела в композиции.

Обоснованный выбор состава барьер:::;): прослоек осуществляется на основании дчнных с характере твердофазного взаимодействия на поверхности раз до.-.-) ч При этом необходима' информация.; как о соответствук'-./.х диаграммах состояния, так к о процессал.-'ёзоумноя диффуэш! кеаду состазлящими композиции.

Поскольку наиболее перспективным;! являются прослойки из основе систем Ni-V-F.e и Kl-Ko-V-Cr целью настоящей работы' явилось исследование твердофазного взапмодейсвия в системе Cr-!io-i:i-Re-V, которая должна содержать обширную двухфазную область, где чжелевый твердая раствор будет находиться в равновесии с твзрдым раствором на основе тугоплавких ОЦК-

- г -

металлов. Применение чэтыреххсмпокенткых сплавов на основе хрома, молибдена, рения и ванадия позволит существенно расширить позыаения жаропрочности, увеличения ресурса расэтос::\сосности и улучшения других эксплуатационных :■:.■:]); ::тор::с:;пс применяемых з настоящее время жаропрочных сло::с.:::с композиций.

Г'у/чная. новизна. В работе впервые:

- исследовано взаимодействие элементов в трехкомпонентных системах Сг-"с4г§ Сг-Ие-У и Ко-Ие-У при 1425К. Установлены границы существования твердых растворов на оскозе тугоплавких ...."л-метгллоз, а также характер фазовых равновесий в этих

- -к:тетическими ' методами с использованием двухфазных сплавов, а тажхе при покота метода равновесных сплавов уточнено строение изотермических сечений диаграмм состояниг. Мо-Ш-Не и Сг-М-Пе ¡1ри 1425 К;

- с использованием графов и информации о строении изотермических сечений трехкомпонентных диаграмм фазовых равновесий осуществлена полиэдрацня изотермических сечений четырехкомпонентных диаграмм состояния Сг-Мо-Ш-У; Сг-Мо-Ие-У; Сг-:,:о-К1-Не; Сг-К1-У-11е; Мо-И-Ие-У при 1425К, а также лятикомлонентной системы Сг-Мо-Ш-йе-У;

- кинетическими методами с использованием двух- и трехфазных сплавов установлено строение изотерм чатнрехкомпонешных систем Сг-Мо-М-У; Ш-Ко-йе-У; Сг-Мо-Н1-Ие; Сг-их-У-Ие, совпавшее с теоретическим прогнозом;

- установлены области химической совместимости никелевого твердого раствора и твердого раствора на 'основе тугоплавких ОЦК~мг,?аллов в четырехкомпонентных системах Мо-М-йе-У и иг-НЬЯе-У;

- определены составы молибден- . ванадий- рениевых, хром-ванздчй- рониевых, а такке хром- молибден- ванадий- рениевых барьерных прослоек, обесценивающих химически совместимое еоодлнэш!° тугоплавких сплавов с никелевыми сплавами.

Практическое значение работы. Сведения о характере физико-химического взаимодействия таких элементов, нчк N1, Сг, V, Мо, Не в трех-, четырех-, а также пятикомпонентной системе являются полезными для исследователей, работающих в области

материаловедения и исследования диаграмм состояния переходник металлов.

Использованная в работе методика построения многокомпонентных диаграмм состояния, вкличаодая предварительную полиэдрацию системы по известным данным, о белее простых системах и последующую проверку схема полиэдрацга кинетическими методами с использованием многофазных сплавов позволяет существенно сократить с Съем /■ кспе р::ме нта лысых исследовать при разработке новых неорганических материалов.

На основатш данных, полученных в настоящей рабств, предложены области составов барьерных прослоек на осносе молибден-вакадиЯ-рекиевых, хром-ванадиЯ-ренпевых, а такко хрсм-молпОдек-ванади-Я-рениевых сплавов, в пределах которых возможно варьирование в широких пределах эксплуатационных свойств слоистых компо щиоша.'х материалов.

На защиту выносятся слодупцие положения: ■ I. Методшю построения многокомпонентных диаграмм состоягая с предварительной полиэдрацие-Я систем методом графов.

2. Изотермические сечения диаграмм состояния Сг-!.!о~У, Сг-йе-У, Мо-Яе-У, Сг-М-Не к Ко-К1-Не при М25К.

3. Фазовые равновесия в четырехкомлонзнткых диаграммах состояния Сг-Мо-1Л-У; Сг-Мо-Не-У; Сг-Мо-И1-Не; Сг-111-\'-Пе; Но-Н1-Пе-У при 1425К.

4. СазоЕые равновесия в пятикомпопентноЯ системе. 'Сг-йо-М1-Не-У при 1425К.

5. Составы диМузионных барьерных прослоек на основе ггн"токемпонентных сплавов систем Мо-Г<е-У, Сг-Ке-У и Сг-Ко-Ее--У, химически совместимые с тугоплавкими ОЦК-металлами и жаростойкими тгке левыми сплавами.

. б. Область оптимальных составов ' ОЦК-сплавоа в пятихомлонентлоЛ диаграмме состояния, совместимых с нйяёлевыми сплаваю!.

Публикации.' По материалам диссертации опубликованы 4 статьи.

Объем диссертлп'.п. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методики экспертента, экспериментальной части и обсуадетт результатов, выводов и списка литературы. Работе оформлена.в соответствии с .ГОСТ 732-81, изложена на

174 листе машинописного текста, включая 80 рисунков и 27 таблиц. С: лсок .-'.тератури содержит 109 наименований работ советских и

заруСегс-охл авторов.

литературный обзор. S литературном обзоре рассматриваются основные проблемы, возникающие в процессе создания жаропрочных слоистых материалов, г тг:::т:з пути их преодоления. Подробно рассмотрено взаимодействие элементов в металлических системах, на основе которых решен, в настоящее время, Еопрос химической . совместимости между металлам, имеххцими ОЦК и ГЦК структуры. Исходя из юющейся ::к."х)р..'ац;к сделано предположение о существовании в пятккомпон-знтной системе Сг-Ыо-Nl-Re-V обширной двухфазной облает:!, где в равновесии находятся твердые раствору на основе тугоплавко: металлов к никеля.

Поскольку для построения многокомпонентной диаграммы состояния необходима информация о составляющих ее более простых системах, в литературном обзоре представлена информация • о взаимодействии элементов во всех тройных системах, включающих никель, а такие сделаны предположения о строении изотермических сечений Cr-'ío-Rs, Cr-He-V и Mo-Re-V. сведения о которых отсутствуют в литературе. Подробно рассмотрены интерметалличес-кко соединения, реализующиеся в системах никеля' и переходных металлов, а такие их структуры.

Далее, в литературном обзоре представлены методы построения и анализа многокомпонентных диаграмм состояния. Описан метод представления изотермических сечений в виде ' графов и использование последних для ' полиэдрации многокомпонентных систем. Рассмотрены кинетические метода построения диаграмм состояния, в частности, метод диффузионных пар. Показано, что использование в качестве составляющих диффузионной пары многофазных сплавов является наиболее оптимальным , для. подтверждения предложенной схемы фазовых равновесий.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. .

Материал» и методы приготовления образ! в. ; • Для приготовления сплавов и слоистых образцов использовали металлы: никель, хром - электролитические, молибден - марки

- 5 -

МЧБП, ванадий - ВШЫ, рений - Re-O.

Сплавы тройных систем Сг-Jio-Ki, Cr-Hi--Re, Cr-Vo-Re, Mo-Ni-Re, Mo-Ni-V, Cr-Nl-V, Сг-Re-V, Mo-V-Re, NI-Re-V готовили шестикратной переплавкой з 'дуговой печи с нерасходуекым вольфрамовым электродом в атмосфере аргона. Гомоге]г?.ационные отжиги сплавов указанных систем проводили з течение SCO часои при температуре 1425 К в вакуумированкых до I Па кварцевых ампулах. Сплавы четверых систем Cr-Xi-Re-v и cr-"o-Ni-v получали по той кг методке. Получешше слитки раьрозалп на образцы размером 8x8 мм.

Образцы биметаллов получал:: методом диффузионной сварки а вакууме с использованием радиационного нагрева. Исходные металлы и сплавы, разрезанные на пластинки, 'ллп?овалн на на^-ачных. бумагах и полировали • на алмазных пастах. Перед сваркой полирозашгые поверхности ^езЕиривали ацетоном. Сварку образцов осуществляли при температурах, не проьысакцих температуру исследования диаграммы состояния. Контроль температуры сварки осуществлялся платино - платино-родневнми термопарам:;; приложенное усилие - динамометром система Токаря.

• Метол;; иеслеловпнил образцов.

Количественное измерение концентраций элементов в диффузионным зонах проводилось с помощью алоктронно-зондового микроанализа. Съемка концентрационного распределения проводилась на микроакализаторе "СЛ^ЕБЛл-.т.1сго2^'ь\'." (Ca~.ee?., Оранция), снабженным приставкой для гнергоднспс-рспошюгс анализа. В качестзе аналитически.* использовали следующие .та-:;:;-, характеристического рентгеновского излучения: Кй - для Ki и V; Ьл - для Ко и Re; Кр - для Сг. г; сводили при. ускоряющем

напряжении 15 с примонс-ннем кристаллов-анализаторов Ы? и Р 27.:' Лля о::ределеш!я эталонных значена интенс^ксстей использовал;! чйетые металлы. Расчет концентраций элементов проводил:! на ЭЕ!.! pdp-11/23, бходящэй в комплект прибора с использованием пакета программ количественного определения элементов, (расчет - поправок на атомный номер, поглощение и дополнительное флуоресцентное излучение входит в пакет прогрет). Результаты элс-ктронно-зондового анализа выводились на печатающее устройство.

Для нсследоаонля структуры переходах зон слоистых систем,

а также качественного фазового состава сплавов применяли рг угрозу и электронную микроскопию (электронный микроскоп входит а конструкции микроанализатора "САМЕЕАХ-т1сгоВЕАМ). Для анализа получал;! изображение во вторичных электронах, а также в характеристическом рентгеновском излучении элементов в режиме наколлешгя при ускоряющем напряжении 15 кВ. Полученное изображение фиксировали на фотопленку чувствительностью 64 вд.ГОСТа.

РентгенофазоЕый анализ сплавов проводили методом порошка ни автоматическом дифрактометре "ЗТ/Л1-Р" (СиК^- излучение)с использованием координатного детектора. Для снятия напряжений порошок отжигали в тече" :е 2 ч при температуре 1023 К. Полученные дафрактограммы исследовали • путем сравнеш!Я друг с другом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Взаимодействие в системах Сг-Н1-Ие, Мо-М-Ие при 1425К.

В системах Сг-М1-Не и Мо-М1-Не при 1425К проведены дополнительные исследования их строения как кинетическими методами, так и методом равновесных сплавов.

3 случае диаграммы состояния Сг-Щ-Ие для построения изотермического сечения были приготовлены диффузионные пары следующих составов:

1) Сг54 N146 (7+0) + N150 Ке50 (7+йе)

2) Сг40 N160 (7) + N140 ИебО (7+Не)

После проведения изотермических отжигов в течение 50 и 100 часов распределение элементов в диффузионных зонах образцов указывает на наличие в денной системе одного ингерметаллического соединения о-типа двойной система Сг-Яе, растворяющего до 20$ ат. никеля. В системе реализуются два трехфазных равновесия: (3-0-7 и (рис. I). Аналогичные результаты получены при

исследовании равновесных сплавов.

Для изучения системы Мо-Ы1-Ив были использованы образцы: -I) N140 ЛебО (7+Ие) + Мо(р) .• . ;

, 2) N160 Ее40 (7+Не) + Мо(р) , 3) N130 Мобб Пе4(й+р) + Не, которые отжигали при 1425К в течение 25, 50 и 100 часов. Построенное по результатам изотермическое печение содержит одно

Рис.2. Изотерическое сечение диаграммы состояния Мо-М-Ие при 1425К и составы фаз, находящихся в равновесии.

тройное соедзшение Р-ткпа, которое при содержании никеля около ат. растворяет от 8 до 50S ат-. рения. Фаза о двойной системы Ko-Re растворяет до 22" ат.ккеля,. С-фаза - до 30% ат. рэния. В систсмо реализуются следующие тройные равновесия: Re+x+o; Re+P+o; Пе+Р+7; 7+Р+6; S+P+p: Р+о+р. Исследование равновесных сплавов подтверждает полученные результаты (рис. 2).

Характер фазовых равновесий хорошо согласуется со строением диаграмм состояния N1 и Re с переходными мата л лакеи, имеющими ОЦК-структуру.

Взаимодействие хрома, молибдена, ванадия и рения в тройных системах при I425K.

Исследование сплавов систем Cr-Ko-Re, Cr-Mo-V и Mo-íte-V методами электронно-зондового, рентгеко-фазрзого анализов, а также растровой электронной микроскопией показало, что в системе Cr-Mo-Rfc о-фазы двойных систем Ь'о-Re л: Сг-1;3, непрерывно раствори,-л друг в друге, и имеют обцую область гомогенности шириной около 10 щ)и концентрации рения от 50 до 65 ат.%. Кроме этого, удалось достаточно точно определить границы двухфазной области о + р. В системе ' реализуется одао тройное равновесие o-^-(Re) (рис. За).

В системе Cr-V-Re при I425K реализуется одао тройное соединение o-Cr2Re3, которое растворяет до 27 ат.й ванадия, приближаясь при этом по составу к Re-V стороне концентрационного треугольника. Установлено наличие одного тройного равновесия o-(Re)-p (рис 36).

В системе Mo-V-Re (рис. Зв) о-фаза системы Mo-Re содержит дс 35 аг.% ванадия и находится в равновесии с (Э-ТБэрдам растЕором ü твердым раствором на основе рения. Область гомогенности х- Фазь определить не удалось, однако очевидно, что едшютвокк возможным кроме описаного, является тройное равновесие %-c-Re. Полпздрация диаграмм состояния '"отырехкомпонентних систем Cr-Mo-Nl-Re, Cr-Nl-Re-V. Cr-Mo-Nl-V и Mo-Hl-Re-V при I425K.

Построение' многокомпонентных диаграмм состояния было начете с кодиьдрации систем по ¿а проекциям на менее опоаные система. ( этой целью:

I). Изотермические синения треххомпонентных систем представляются в виде графов, где "злы графа, соответствуадш определенным фазам, соединены между собой, если фазы находятся i

¿-ISO

V

it л* 4 /

т / оа/ / " ^

to.

Cr'

Рис.3. Изотермические сечения диаграмм состояния a)Cr-Mo-Re; ö)Cr-Re-V; B)H0-Rc-V при 1425 К и составы фаз, каходядоисся в равновесии.

равновесии.

2). Для каждой системы строится суммарный граф путем совмещения полученных графов трехкомпонентных систем.

3). Суммарные графы разлагаются на элементарные графы, соответствующие равновесиям в определенной четырехкомпонентной

системе.

Для пр;:мера рассмотрим четырехкомпонентную систему Mo-Nl-Re-V. На рис. 4а представлены трехкомпонентные проекции этой системы и соответствующие им графы. Поскольку о-фаза двойной системы N1-V и с-фаза системы Mo-Re не имеют общей области гомогенности и, следовательно, существуют независимо ,, u друг от друга, суммарный граф _(рнс. 46) характеризуется наличием двух интерметаллических соединений этого типа: о и о' соответственно. Следует отметить, чтоо'-фаза системы Mo-Re имеет скорее всего обшрную область гомогенности в четырехкомпонентной системе и выходит на сторону П-Re-V в виде тройного соединения.

Таким образом, суммарный граф системы образован 14 трехфазными равновесиями: (Re)-q'-|3. (Re)-o'-7, (Re)-7-0. 0-7-Q. (Re)-o'-y, (Re)-o'-P, (Re)-P-7, P-0-7, P-e-p, P-p-c', (Re)-o'-'■)(, (Re)-o'-ft, p-6-7, g-0-7. Очевидно, что шесть выделенных, идентичных попарно равновесий образуют в четырехкомпонентной системе три трехфазных области: Re-o-x, Re-a-p и о'-р-7, которые существуют независимо, и для упрощения дальнейших рассувдений могут быть выведены из рассмотрения. Оставшиеся восемь равновесий представлены на рис. 4в. Для упрощения понимания хода дальнейших рассувдений необходимо сделать два замечания.

1. В четырехкомпонентной диаграмме состояния могут присутствовать трехфазные равновесия, не имеющие проекций на тройные изотермические сечения. Такие равновесия, на тлеющие выхода на трехкомпонентные диаграммы мы будем обозначать пунктиром.

2. Полный граф четырехфазного равновесия'представляет собой четырехугольник, диагонали и стороны которого соответствуют ■ двухфазг.'м равновесиям, реализующимся двавды, так как одно дзухфазное равновесие граничит с двумя трехфазными.

Анализируя оставшиеся восемь трехфазных равновесий, представленных на рис. 4в, можно сделать вывод, что в данной

й

Рис.4. Полиэдрация системы Мо-Ш-Ле-У при 1425К: а) трех-компонентные проекции и соответствующие им графы; б) суммарный граф; в) граф нерекомбшшруемих равно-в'есий; г) элементарные графы.

- 12 -

системе должно реализоваться три четырехфазных равновесия.

На рис. 4г представлени элементарные графы наиоолое вероят!1ых фазовых равновесий в системе Мо-т-йе-У. Это . три трехфазных области 7-0-р, (Ке)-х-о', (Яе)-р-о' и три четырехфазных: ' р-е-7-Р, р-Р-о'-т и о'-Р-¡'-(Не). Между чзтырохфззными областям;; расположены две трехфазные, не имеющие проекция на грани концентрационного тетраэдра: Р-р-7 и Р-а'-у.

диалогично были рассмотрены и другие четырехкомпонентные системы. В результате были получены следующие сведения о характере фазовых равновесий:

-В системе Сг-Мо-М1-У - одна трехфазная область р-7-0, и две четырехфазных , а именно: р-З-7-Р и р-7-о-Р.

-В системе Сг-Мо-Н1-Не - п«ть трехфазшх облаете* р-о'-7, р-о'-Р, р-Р-С, р-0-7, (Р.е)-о'-х и одна четырехфазная- о'-7~Р-Р.е;

-В системе Сг-т-Пе-У при температуре исследования четырехфазных равновес::Д образоваться не может. Восемь трехфазных равновспй из тройных систем рзкомбинируют с образованием четырех трехфазшх областей: (Не >-7-0', С -р -7, о'-(Ие)-р. 0-Р-7.

Слодуот отметить, что все выводы о характере фазовых равновесий, сделаны в предположении отсутствия в системе соединений, но представлении на тройных изотермах.

Взаимодействие элементов п четырехкемпонентной сперме

Сг-Мо-Г.Ч-У 1В, М25К. С цель» подтверждения предложенной схемы фо?овых р зновесий Сил приготовлен образец слодуксого состава: Сг45П142У13(Р+7) + Мо37 Н13бУ27(р+7).. После отжига в течешк: 50 ч в диффузионно!! зоне реализовались фазовые слои следушего состава:

(р+7) " ~ <7) " (Т+о) - (Р) - (Р+р) - <р*7). Получешые данные свидетельстгуют об отсутствии сквозной двухфазной области р + 7 - ть-^дых растворов в система Сг-Мо-И1-У. Это связано с том, что при 1425К о- фаза • двойной системы М1-У и тройная о- фаза системы Сг-Мо-111 непрерывно растворимы друг в друге и имеют едну протяяенну» область гомогенности. ' ■ ' : , 1'

Исследование четире^компонентных сплавов, составы которых расположены на линии," соединякадП Р-фзгу системы Сг-Мо-Н1 с

трехфазной областью (о-р-7) системы Мо-М1-У, и на линии, соединяющей эту же Р-фазу с о-фазой системы N1-7, показало, что в двух образцах, в равновесии с твердыми растворами • (3 и 7 находится фаза Р. Вместе с тем, трехфазная область Р-р-7 отсутствует на тройных изотермах и может реализоваться только между .двумя Четверными равновесиями а-Р-р-7 и о-Р-р-7, что доказывает предложенный характер фазовых равновесий.

Фазовые равновесия в системе Мо-М-У-Ие при 1425К.

Поскольку на тройных изотермических сечениях "о-Ы1-\г и N1-У-Не присутствуют широкие двухфазные области, где в равновесии находятся р и 7-твврдые растворы, исследование этой четырехкомпонентной системы было начато с доказательства существования непрерывной области ((3+7) внутри тетраэдра составов. Для этого исследовались диффузионные пары состоящие из (¡3+7) сшюеоз систеш Мо-М1-У и сплавов системы Ш-Ие-У такого же фазового состава.

После отжигов в течение 25, 50 и 100 ч фазовый состаз в переходной зоне не изменился, что подтверждает предположение о существовании области химической совместимости между твердыми растворами с ОЦК и ЩС-структурами внутри концентрационного тетраэдра систеш Мо-Ш-Ие-У. Кроме этого, (р+7) область ограничена трехфазным равновесием р-0-7 со стороны N1-7 ребра.

Дальнейшие исследования системы с помощью образцов, состоящих из трехфазных сплавов системы ;11-Р,е-7 фазового состава (Р+о+7), (р+7+о') и (7+Ре+о'), сваренных с Мо подтвердили предложенную схему фазовых равновесий.

В слоистых композициях, состоящих из двухфазных м-Н& сплавов, фазового состава 7+(Не) и Мо-У сплавов (р) после отжига образовался трехфазный участок, состава р+7+Р-. Как и в предыдущем случае, данный факт подтверждает реализацию дзух из трех... возможных четверных равновесий в исследуемой системе. Двухфазная область р-7 ограничена с одной стороны трехфазгог ■ равновесием о-р-,-, а с другой - последовательностью трехфазных областей - О-р-7; Р-р-7; о'-р-7.

Взашодействие элементов в четырехкомпонентной системе Сг-Ш-Ие-У при 1425К.

Исследование систеш было начато с доказательства предположеш1я, что о'-фаза системы Сг-йе и о'-фаза снсте'-ч

Ы1-Не-У имеют общую область гомогенности. Для этого использовалась диффузионная пара, состоящая из двухфазного сплава системы Ш-Ие-У (о'+7) и хрома. После изотермических отжигов, диффузионный путь в тетраэдре составов прошел от {Л-Не-V стороны до стороны М-Ке-Сг, причем фазовый состав исходного двухфазного сплава не изменился. На основании этого, можно сделать вывод, что с'- фаза двойнсЧ системы Сг-Ие выходит на сторону К1-йе-У в виде тройного соединения. Для проверки был выплавлен рял сплавов, составы которых расположены на линии соединяющей тройное соединение системы и о'- фазу

системы Сг-Ее-У. Анализ сплавов показал, что все они однофазны (фаза о- типа).

Для определения возможности химической совместимости никелевого твердого растзора и твердых растоворов на основе ОЦК-металлов (ванадия и хрома) были исследованы диффузионные пары следующего состава:

Сг45Н142У13 (¡3+7) + N110^37753 (р+7);

Сг451Ш2У13 ((3+7) + К160йе7733 (^7);

Сг60И134У6 (р+7) + Ы135Ие23У42 (Р+7);

Сг60М134У6 (Р+7) + М134И5Ш53' (р+7).

После отжига в течение 50 и 100 часов структуры зон совдинеш:я и характер распределения элементов в диффузионных зонах образцов хорошо согласуются кеаду собой. Диффузионный путь проходит через всю двухфазную область, р&ссекаадую концентрационный тетраэдр, причем р-твердый раствор, находящийся в равновесии с 7-творднм раствором, легирован никелем не более чем на 2 ат.Х.

Кроме этого, в результате оппса.ашх исследований мы получили доказательство того, что трехфазная область р-7-0, ограниченная в концентрационном тетраэдре , сторонами Сг-Ш-У и Ш-Ле-У, "отсекает" о-фазу от фаз о' и(йе) и не позволяет ей участвовать в каком лиОо ином многофазном равновесии в данной системе. . .

В то же время, область р-7 является стороной и : тройного равновесия о'-р-7. Для более детального изучения' этой области были исследоваге: диффузионные пары следугсего состава:

М119йе51У30(о'+7+р)+Сг(р)

Н126Пе43У31(о'+7+Р)+Сг(Р)

К134йе35У31 ((3+7 )+Сг (р)

После отжигов диффузионный путь в первых двух образцах проходит следующим образом. Трехфазный сплав (З-7-а', обогащаясь хромом, переходит в протяженный двухфазный слой, состояхй из о'-фазы, легированно.! хромом до 2-ат.% и 7-твердого раствора. Со стороны хрома образовалась двухфазная область, состоящая из о'-фазьг с содержанием хрома до 27 эт.2 и р-фазы. Схематлчесое изображение образцов имеет следующий вид:

(р-7-о')-(7-<Г )-(Р-О- )-(Р).

В образце (Сг+т34йе25'/о;) диффузионный путь проходит по области (З-7 системы Н1-Не-У, затем по трехфазной, области р-7-0', с содержанием в о-фазе никеля до 22 аг.% и рения до 29 ат.за трехфазной облястью расположена двухфазная область (3-7, и далее диффузионный путь переходит в область р-твердого раствора. Схематическое изображение этого образца следующее: {(3-7)-<р-Т-о')-(Р-7)-(Р)

Таким образом, в результате проведенных исследований, был:! полностью подтверждены выводы, сделанные' .при полиэдрации системы,об отсутствии в ней четырехфазных равновесий, а также определены составы Сг-Ие-У сплавов химически совместимые с никелевым твердым раствором.

Взаимодействие элементов в четырехкомпонентной системе-Сг-.^-Н1-Не при 1425К.

Рассмотрение системы Сг-Мо-К1-Не с помощь» метода графов показало,' что в системе должно существовать одно- четырехфазкое-равновесие о'-(Р,е)-7-Р, образованное тройными равновесиями о'-(йв)-7 системы Сг-Ш.-йе, 7~Р-(Ке) и Р-а'-(йе) системы Ко-Ы1-йе и о*-Р-7 системы Сг-Мо-И!. Для доказательства этого утверждения следует- учесть, что равновесия у,-(Не)-о' систем Сг-Мо-йе и Мо-Ш-Не, равновесия ¡3-7-0' систем Сг-М-йе и Сг-Мо-Ы1., равновесия Р-о'-р систем Сг-Мо-Ш и Мо-М1-йе, равновесия Р-а-1 систем Мо-Ш-йе и Сг-Мо-М, и равновесия 7-а-Р систем Ио-Ш-Не и С--!1о-П1 являются сечениями соответствующих объешшх трехфазных областей. Эти трехфазные области существуют независимо и, как следует из правила фаз, ограничены двухфазными областями. ' , .

В связи с этим, в качестве составляющих диффузионных пар были взяты двухфазные сплавы, принадлежащие различным системам,

- 16 -

но из одноя и той же двухфазной области:

"о73К117Ие10(Р+р) + Сг22Мо63К115(Р+р);

;.:о1б:.Ч54ПеЗО(Р+7) + Сг21Мо27М52(Р+7);

Сг41 М134Пе25 (7+0) + Сг49Мо71И44(7+о).

После изотермических отжигов в течение ,50 и 100 ч в переходной зоне образцов не било значено образования прослоек другого фазового состава. Следовательно, можно с уверенностью утЕорздать, что соответствующие трехфаь.ше области существуют независимо.

Моното1::;эсть изменения концентраций элементов в фазах Р к о' у^-.зцвает на то, что в системе реализуется \<олько одна фаза о', ограниченная всеми сторонам:! концентрационного тетраэдра и одна Р- фаза, которая выходит в виде тройных соединен:^ на ст<:;ю;ш Мо-'Л-Не и Сг-Ко-К1. Поскольку, результаты эксперимента подтверждают .предположение о существовав!;! в системе пяти трехфазных областей: р-о*-7, р-о*-Р, р-Р-С, Р-О-7, (Не)-о'-х, диаграмма состояния Сг-Мо~У1-Ке при 1425К характеризуемся наличием одной че'.лрехфззной области о'-7-?-(Ие).

Словце равновесия в пятикомпонентной системе Сг-Мо МХ-Ие-У при 1425К. Определенно составов барьерных прослоек на основе Сг-Мо-Не-У сплавов, химически сонместимых с жаростойк'.'.:.:;; №'.кол«г,;гми покрытиями.

В результате прове;, .шгых исследований, установлено существование следующих четыре хг? аз!гч равновесий в системах:

1).р--й-7-Р в система М -К1-Не-У

2).р-7-о'-Р " в системе Мо-Ш-Пе-У *

3).о'-Р-7-(Не) в системе Ко-1П-Не-У

4) .р-О-7-Р в системе Сг-Ко-;Л-У

5).р-7-о'-Р в системе .Сг-Мо-Н1-У

6).а'-Р-^-(Ио) в системе Сг-Мо-!.'1-Пе

Поскольку полиэдрация четырехкомпонент Й систем! Сг-Мо-Не-У указывает на отсутствие ч ней четверных равновесий и предполагая отсутствие при этой температуре нлшх фаз, кроме представленных на трехкомпоиантных проекциях, в плтикомпонентной системе Сг-Мо-М1-Ие-У наблюдаются три области чотирехфпзных равновесий: ; . " ;-Л

1).р-0~7-Р, образовазшая равновесияш и' систем Ыо-ГЛ-Ие-У и Сг-Мо-Ш-У; '. ! - ' 1

2).(3-7-о'-Р. состоящая также и" равновесия систем Ко-М1-Ке-У и Сг-Ко-Х1-У; и

3).о'-Р-7-(Не) из систем Мо-Ш-Ие-У и Сг-Мо-Ш-Не. ■ Дополнительно к этому, в системе Сг-Мо-Ш-Не-У существует

также область трехфазного равновесия о'-%-Не, которая является проекций неизвестного нам четырехфазного равновесия, включающего все эти три фазы. При добавлении шестого компонента в эту систему такое четнрехфазное равновесие может реализоваться.

Равновесна р+7 входит в два четырехфазных равноьесин о'-Р-р~7 и О-Р-р-7. Следовательно, область (Э+7 ограничивается трехфазными равновесиями б-р-7, о'-р-7 я Р-р-7, причем в следующей последовательности:

(о*-0-7), « (Р-Р-7) » (0-Р-7)

Таким образом, если наряду с твердыми растворами р и " 7, в тройной или четверной системе реализуются все три фазы (Р, б. о'), то в четверной системе будут образовываться два четырехфазных равновесия (Сг-Чо-Ш.-У); а в тройных системах четверные равновесия будут вырождаться с исчезновением равновесия р+7 (Сг-Мо-Ш., Мо-М-Не). В том случае, если в четверной или тройной системе одна из эти фаз отсутствует, например Р- фаза, то четырехфазные равновесия вообще не образуются, и мы имеем широкую область равновесия р+7, ограниченную трехфазными равновесиями б-р-7 и о'-р-7 (Ко-Ш-У). При отсутствии б и Р фаз, четырехфазные равновесия не образуются, а двухфазная область р+7 ограничена только трехфазным равновесием а-р-7 (Сг-Ш-У, Сг-Ш-Ие-У).

Как указывалось выше, для определения возможности химической совместимости ' никелевого твердого раствора и р-твердого раствора ОЦК-металлов (хрома, молибдена и ванадия) исследовались диффузионные пары, состоящие из двухфазных сплавов систем.Мо-Ш-У ( р+7 ) и Сг-Н1-У ( р+7 ),сваренных с двухфазными сплавами системы М-У-Ие (также1р+7 ). На рис. 5 приведены проекции получанш-Х составов р- твердого раствора в системах Ш-Но-йе-У и Ш-Сг-Ие-У, находящегося в равновесии с 7- твердым раствором на изотермы тройных систем Мо-Ие-У я Сг-Ие-У. Состав ОЦК- сплавов-описывается уравнениями: В системе М-Мо-йе-У:'СНе» (0,45 ± 0,02) - 0,575СМо (остальное - ванадий с 1-2% ат.никеля).

Рис.5. Проекщш составов р- тв. раствора, находящегося в равновесии с 7- тв. раствором в системах Мо-Ш-Ле-У и Сг-Н1-йе-\' при 1425К.

V <:----

КО , .. !: , . Рис.6. Область составов сплавов системы Сг-Мо-йе-У, совместимых с N1-7 сплавом в. системе Сг-Мо-М1-Р.е-У при 1425К. , . ..

. 4 . . • V '4

- 19 -

В системе М-Сг-Ке-У:Сйе= (0,45 ± 0.05) - 0,45ССг .

(остальное - ванадий с 1-2% ат.никеля). .

Для проверки химической совместимости были приготовлены диффузионные пары, состояние из Ко-Не-У сплавов (Р), расположенных з соотвзтствуйщей области и сплава 70*11307 (7). После отжига в течении 100 часов при температуре 1425К в диффузионной зоне такой композиции, являющейся моделью реального слоистого материала, не было обнаружено образования хрупких интермёталлидных фаз.

Два полученных уравнения позволяют определить положение плоскости составов сплавов систевд Сг-Мо-Ке-У,* совместимых с Ш.-У сплавом з пятикомпокентной системе Сг-Мо-М-йе-У (Рис. 6).

СНе = 0.45,- 0,5Т5СМо - 0,45ССг

(остальное - ванадий с 1-2% ат.никеля).

В системе Сг-Мо-Ш-У нет единой области двухфазного равновесия р+7. Следовательно, со стороны этой . системы, на сечении . оптимальных составов ОЦК- сплазов, химическая совместимость с 7- твердым раствором на основе никеля будет наблюдаться только при содержании црома з молибден- ванадиевых сплавах до 7 - 8% ат. и при суммарном содержании молибдена и ванадая в хроме до 10 - 12% ат. В результате на установленном сечении оптимальных составов область совместимости будет иметь сложную форму, как показано на рисунке 6.

ВЫВОДЫ.

1. Комплексом методов физико- химического анализа исследовано взаимодействие элементов в 27 слоистых композициях с многфазными составляющими и 117 сплавах тройных систем Сг-Мо-йе, Сг-У-йе, Мо-У-йе, Сг-Я1-йе, Мо-Ш-йе, а также четвэрных систем Сг-Мо-Ш-У; Сг-Ко-Ы1-йе; Сг-М-У-йе; Мо-М-йе-У при 1425К. Установлено, что при использовании многофазных сплавов в слоистиг компог :циях фазовый состав диффузионной зоны и концентрации элементов кз границах фаз определяются строением диаграмм состояния исследуемых систем и, следовательно, взаимодействие осуществляется в кв'зиравновесных условиях.

2. На основании полученной информации построе2ш изотермические сечения тройных, , систем Сг-Мо-йе, Сг-У-Не, Мо-У-йе. При этом выяснено, что. при 1425К о- фазы двойных систем

Or-Re :: Mo-Re образуют 2 тройкой системе Cr-Mo-Ile непрерывный рл:; твердых растворов, а в тройной системе с ванади:м ммеют' ггротяхо-п'-ыо области гомогенности, растворяя до 27 и 35 -ат.% V ссотхл-тствзнно. Определены области существования {3- твердого г.":стюра, а таю:е характер разовых равновесий, р этих системах. В с.:ст->мо !'o-:;i-Re установлено существование одного тройного г^дннокпя, отнесенного к т:'лу Р-фазы, которое находится в р.'.ьн?:.ос:гн с фазами o-KogRe^, 6-KoNl, . твердыми растворами на-с-сг.г^з "о v. Hi. В' система Cr-Nl-Re отсутствует тройное с;:};;;::го::пя '■^Ni.gltegQ, а реаягзуется одно соединение o-Cr2Re3 с ,:"ро::ой областью гомогенности, которое участвует в дзух тр-хч'^гых равновесиях: р-о*-7 и 7-о' -Re. Иолученгые результат' ::орс:;э согласуются со строением диаграмм- состояния Ml и Re с металлам:!, имеющими ОЦК-структуру. ■

3. С использованием графоз изотермических сечений ?рол;:омпонент:1-;х диаграмм фазовых равновесий осуществлена "олпздоация'четырохкомлокентных диаграмм состояния Cr-Mo-Ni-V;

C.--Kl-V-Re; !£o-Nl-Re-Y при I425K, и аксп -р^монтально подтверждено существование . следующих

ГГТХ'CSiiUOEOCilH I

[).В системе Ko-IIi-P.e-V - р-б-7-P; p-f-o'-P; o'-P^-fRe); 'Jiuha'-x; (RcO-o'-p; o-p-f.

2) .3 системе Cr-!io-Ni- - p-O-7-P; p-7-o'-P; 0-^-7.

3).B систем-? Cr-Ko-Hi-Re - "*-P-7-(Re); C-p-7; o*-p-P; 3-P-i; ?-u-7; (Re)-o'-x.

- i) - Li с::стеме Cr-.\r:-Re-V - (Re)-7-0'; o,:^7; o*-(Re)-p;

5).В система Cr-Ko-Re-V - а'-;/-(Ее); "'-p-(Re).

./становлоно, что область дзухфьзного равновесия мекду твердыми растворами на основе, тугоплавких ОЦК- металлов и •г.::сол:оп;м тз.ордом раствором в четырохкомпонен' ной системе -N1-Rс-Ч ограничена последовательностью трехфазных равнопесий: 6-С-7; Р-р-7; о'-р~7 с одной стороны и равновесием о-р-7 с другой.В сигтемо Сг-Nl-Re-V эта область ограничена с одной стот/лш равновесном о-р-7, с другой - о'-р-7.

5. Определено, что Mo-Fe-V; и ( Cr-Re-V сплавысоставы которых расположены на линиях, описываемых у;:эбН'лг.!Нму: I) СЕе= (0,45 i 0,02) - 0.5"5СКо в системе IJl-Ko-Re-V;

2) CRe= (0,45 ± 0.05) - 0,45ССг в системе Ni-Cr-ReTV, не образуют, взаимодействуя при I425K с никелевым твзрдым раствором, хрупких интерметаллических соединений и могу? рекомендованы в качестве диффузионных барьерных прослоек з слоистых системах тугоплавких .ОЦК-металлов с жаростойки:.": никелевыми сплавами.

6. Еолиэдрация пятикомпонентной системы Cr-'io-Nl-Re-V -г.: I425K указывает на отсутствие пятифазных равновесий, а i-есть установленных четырехфазных равновесий в четырехксмпонентгкх системах, дают в ней три четырехфазных области. Опга/.сльн::е составы ОЦК- сплавов в пятикомпонентной системе Cr-Ko-J.'1-He-V расположены на плоскости, описываемой уравнением: СКй = 0.45 - 0,575Cfto - 0,45ССг (остальное - ванадий с 1-2% ат.никеля).

Основное содержание работы опубликовано:

1. Слвсаренко Е.М., Борисов В.А., Дунаев С.Ф. и др. базовые равновесия в четырехкомпонентной системе Ni-"o-v-Re при I425K. // Вестн. МГУ. Сер.2. Химия. Т.ЗЗ. JS 5. С.483-492'.

2. Борисов В.А., Слюсаренко Е.М., Дунаев С.Ф. и др. Исследование твердофазного взаимодзйствия в системе Nl-Mo-P.e при I425K // Вестн. МГУ. Сер.2. Химия. Т.ЗЗ. J® 5. С.492-493.

3. Ёорисов В.А., Слюсаренко Е.М., Дунаев С.Ф, и др. Взаимодействие элемент в в системе Cr-Nl-Нз.при I425K //Леи. В ВИНИТИ Л 3585-В92 от 13.12.92.

4.' Борисов В.А., Слюсаренко Е.М., Дунаев .С.Ф. и др. О взаимодействии элементов в системе Cr-Mo-Nl-V при I425K // Деп. в ВИНИТИ а 3584-В92 от 18.12.92.