Взаимодействие в слоистых системах на основе никеля и тугоплавких металлов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

московский ордена лёнина, ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени государственный

■ университет ш. м.в.ломоносова

Химический факультет

На правах рукописи О Экз. #

аметов игорь викторович

взаимодействие в слоистых системах на основе никедя и тугоплавких металлов (02.00.01 - неорганическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата '

Москва - 1990. г.

Работа выполнена йа кафедре еёОДей' зйЛвш химического факультета Московского 4ЪбударШ(вйй<йФ университета имени Ы.В.Ломоносова.

Научный руководитель'

Официальные оппонентыг

Ведущая организация:

кйнйвдйр" хзЬШдб'Шс. щук до^ей1? С.-Ф. Дунаев

Доктор- химических наук йрофеосор 0.И.Бодак

каададат ъвхн№в&Ш наук Й^.-Юрко»

ЖГИ

Защита состоится "Л?"

а 16 ч.ООмин.

на заседания Специализированного Совет'а К 053.05.59 по химическим наукам при Московском государственном университет ям.М.З. Ломоносова по адресу 117234, Москва, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет, ауд.344.'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета ШТ.

Автореферат разослан " " ¿¿гГ-4'*^ 1ддо г,

Ученый секретарь Специализированного, совета, каададат химических наук, доцент

Л.А.Кучеренко

ШЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Лктагадьнооть работы. Слоистые композиционные материалы ка .основе никеля ц тугоплавких металлов являются перспективными, поскольку сочетают в себо шсокую жаростойкость никелевых сплавов и жаропрочность .сплавов тугоплавких металлов. Однако окспл-уатазда биметаллических дай многослойных композиций на осн^че указанных сплавов затруднена тем, что при высоких те.\шерат,урс<х з результате процессов взаимной диффузии происходит образование прослоек хрупких интерлеталдаческих соединений, что приводит к разрушении материала, Избежать образования промежуточных фаз з зоне соединения составляющих слоистого композиционного материала могло путем комплексного легирования составляющих слоистой комяозящк. либо введешь между компонентами прослойки металла или сплава, ваасяпяэ-■щего роль диффузионного барьера.

Выбор материала барьерных прослоек при разработке слоистых слетом можно осуществлять ка основании данках о характере твердо-ушного взаимодействия компонентов на поверхностях раздела. При этом необходима информация о соответствую-цих диаграммах состояния и о процессах взаимной диффузии как при изготовлении компози-цкоиных материалов, так и при их эксплуатация.

Отсутствие целого ряда данных о строении изотермических сечений диаграмм состояния никеля к переходных металлов 1У-УШ групп значительно затрудняет поиск оптимальных составов барьерных слэ-ез, « поэтому планомерное исследование трех- к ¿когоклшекс-кгзл:;: диаграмм состояния никеля-и тугоплавких металлов является вагн сй-пей задачей.

Дуд рабртг. состояла в изучении влияния переходных металлов па взашодойствка никеля и тугоплавких кзталяоз 1У--У1 хт^тх:, определении эозмояенх путей достижения физзко-хижчоской соБмослассс-та никелевых сплавов я сплавов тугоплавких моталлов, а тахьа в выявлении закономерностей 'з стрсопзя соответствую^!/; тройных диаграмм состояния на основа гккеля

Дли достижения поставленной цел:! необходимо бклэ р'оаить рад задач, в тек числе:

I. йсслэдовать изоторг.'агаеския сечеккя неизученных троШгых

систем никеля л металлов УН группы ( Мп , Вв ), а также тройных систем тантала и ниобия с никелем и переходными металлами.

2. Учитывая фазовые равновесия в системах никеля и тугоплавки металлов л технологические свойства металлов и с главов осуществить выбор составов, способных выступить в роли диффузионной барьерной прослойки в материалах на основе жаростойких никелевых сплавов и жаропрочных сплавов тугоплавик металлов.

3. Выявить особенности взаимодействии- фаз и закономерности строения тройных систем никеля с переходными металлами 1У-УШ групп, рассматривая изотермические сечения диаграмм состояния в зависимости от расположения образующих диаграглму металлов в рнодичоской системе Д.И.Менделеева.

Научная новизна. 3 работе впервые:

- исследованы взаимодействия ншееля и металлов УН группы е переходными металла!.»! 1У-У111 групп, тантала к никеля с металлами У группы;

- построены изотермические сечения диаграмм состояния тройных систем: Яе~Л'¡-(Г>)Ег) , Мп-Ш - (И гЧ.ггЩ) при 1175 К, Л\п-Ы1 -( V , ЫЬ ,7а , Су ,Мо , V? , ,РЪ ,Со ) при 1225 К, -( К , ЫЬ , Та ,Ог ,Ге), РЪ-,Ч;-ЫЬ , Го-Ы!- ( V ,НЬ) щщ 1425 К;

- определены составы сплавов систем Мп-ы!-Мо, /?е-М~У химически ¡совместимые с ванадием к молибденом с одной стороны .к жаростойкими никелевыми сплавада с другой;

- определены особенности взаимодействия фаз со структурами

, 8-ммо., к-м^, сиа в тройных системах никеля с переходными металлами 1У-УШ

групп.

Драктическое значение работы. Сведения о строении изотермических сечений диаграмм ^состояния никеля и переходных металлов ( /?е-лл-л/е , Мп-ы1-Ме. , где Ме - переходный металл Г/-УШ групп, То-Ы!- К , То-М-ЫЬ, Яг-М'-лЪ) являкггея полезными для исследователей, работающих в о<5ласти материаловедения и исследования диаграмм состояния переходных металлов.

На основании данных, полученных в настоящей работе предложен материал диффузионной барьерной прослойки из никельмарганце-

Bora сплава и на основе сплавов Технологич-

ность и относительно низкая стоимость прослойки из никельмарган-цевого сплава позволит создать композиционный материал на основе никелевых сплавов и сплавов тугоплавких металлов, который будет обладать более низкой стоимостью, чем, например, композиция с прослойкой на основе ваданиймолибденошх сплавов.

. Особенности взаимодействия фаз различной структура, выявленные в работе, а также закономерности з изменении вида изотермических сечений дкагракл состояния могут бить использованы при прогнозировании неисследованных диаграмм состояния металлических систем.

На ..зашит? .выносится сле.тгутощие положения:

1. Фазовые равновесия в системах Re-Ui-CTi, ir) при 1175 К, {rt ,Hf ) при 1175 К, ^е-//;-( V , ЫЬ ,Га fir,

■?« ) .при' 1425 К, Мп - Ni~{ V ,Nb ,'Та , О , Мо , W , Ре , Со , fh ) при 1225 К, Гъ-Ni-Nb, То. - Ni-(V, Щ при 1425 К.

2. Составы диффузионных барьерных прослоек на основе никель-марганцевых сплавов и сплавов системы BQ-h'i-V, химически совместимые о молибденом и ванадием и жаростойкими никелевыми сплавами.

3. Особенности взаимодействия фаз со структурами ¡>-Т>Сиь ,

СиМл , S-N/Mo , ¿¿'ЩЦ, асе ,/s-fe,, 6-ГеС* ,y.-JL-Mn,

в тройных системах переходных металлов и закономерности в изме-' нении, строения изотермических сечений диаграмм состояния никеля и переходных металлов 1У-УШ групп.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуздены на конференциях молодых ученых МГУ (Москва, 1988, 198Э г.з?.), на У1 Всесоюзном совещании по химии и технологии молибдена и вольфрама (Нальчик, 1988 r,)t на конференции "Примене-1Ш0 физических и математических методов в исследовании строения вещества" (Владивосток, 1989 г.), на У Всесоюзном совещании "Диаграммы состояния металлических систем" (Звенигород, 1989 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи, тезисы 5 докладов.

Офем работы. Диссертация состоит из введения, литературно-

г

то обзора, методики эксперимента, эксоериментальн ой части и обсуждения результатов, выводов и списка используемой литературы. Работа оформлена в соответствии с ГОСТ 732-81, изложена на страницах машинописного текста, включает рисунков и таблиц. Список литературы содержит шзаегговандй .еовет-сш1х и зарубежных авторов.

Литературный обзор В литературном обзоре рассматршзаюся зикохимической совместимости составляющих композиционного .материала, наиболее перспективным из которых являйся кспользованке диффузионных барьерных прослоек. Приводятся схака, .здасс.трз:руа-щая степень исследованностк диаграмм сосуждала тройвд: *рие.т<г;л никеля и пероход2гцх металлов, а также -тлоотит з д^горатуре «а» термические сечения.

Представлены все интермсталлические свиш^ШВл -реализую--щиеся в двойных системах переходных металлов, а гх ■етруктурвуе типи. Основным, часто встрачаздимея структурным дагшам дана краткая характеристика ( С-РоСг фазы Лаззеса, сь&.СиДе^). . '

Рассматриваются различные вида шшлогииЧгрушювая, диагональная, аналогия, обусловленная лантаноидной контракцией) в Периодической системе Д'. И. Менделеева, позволяющие, зная строение двойных диаграмм состояния, а также с учетом особенностей взаимодействия фаз на известных диаграшах состояния ЗШсадя -С переходными металлами, осуществить прогноз ряда иеиоследоашшых диаграмм состояния.

Проведен прогноз отдельных изотермических течений диаграмм состояния никеля й переходных металлов 1У-УШ групп.-

Кратко рассматриваются теоретические основы кинетических методов построения диаграмм состояния металлических систем.

Методика эксперимента ' .

Материалы и методы приготовления образцов

Для приготовления слоистых образцов и сплавов использовали металлы: никель, кобальт, хром, марганец - электролитические;

- s -

олибден - МЧШ; шюбяй, тантал - электронно-лучевой плавки; ва-:адий - Бнтитан, цирконий, гафний - иодидные; вольфрам - ВЧ, :елезо - армко; рений - R&-Q.

Сплава двойных систем Mn-Hi, Fa-Mi , Со-М! готовили в гуговой печи с норасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфо->е аргона. Слитки прокатывали на воздухе до толщины 1,5 мм. Лла-:тмш гомогенизировали в течение 250 'часов: сплавы Ре-Ы!, Co-Ni 1ри 1425 К, Мп-Ш ~ при 1225 К.

Сплавы тройных систем готовили такг.ё в дуговой печи, гомогенизировали: Mn-Nl -(V'' ,2г ) 300 часов при 1175 К; Мп-М- - ( V ,tJb,Ta ,Cr , Mo , IV ) при 1225 К; Re-A/M. Г/ , Zr ) при [175 К в течение 500 часов; Го-л//- У , fe-Ni-Nb , Ro-N! -[ V ,ЫЬ, Та ,Cr ) 5С0 часов при 1425 К.

Все отнига проводили в вакуумиропшпшх до Ю-^ ш рт.ст. [шарцевых ампулах в трубчатых ночах с точностью поддержания температуры + 5°. Состав сплавов и их гомогенность контролировали методом злектронно-зондового микроанализа.

Биметаллы и трехслойные образцы получали методом диффузионной сварки в вакууме. Контроль температуры осуществляли с помощью термопары.

Метопы исследования образцов

Для исследования количественного состава фаз в сплавах и концентрационного распределения элементов в диффузионных зонах использовали метод.электрошзо-зондового микроанализа (установка "САМЕВАХ- micro BEAM", ускоряющее напряжение 15Обработку результатов анализа проводами на ЭВМ р&р 11/23 о использованием пакета программ количественного анализа..

Структуру диффузионной зоны слоистых образцов, а также микроструктуру сплавов исследовали методом растровой электронной микроскопии. Наблвдалц изображение во вторичных электронах и з характеристическом рентгеновском излучении. Изображение фиксировали на фотопленку чувствительность» 65 и 130 ед.ГОСТ.

Идентификацию фаз в сплавах тройных систем проводили методом рентгенофазоЕЭГО анализа на установке "ДРОН-2" с использованием fie п Си излучения. Рассчитанные значения меяплоо-

костных расстояний и интенсивпостей сравнивали о данными картотеки ASTM.

Для выяснения вопроса о наличии фазы Ге^А/Ь^ в двойной .системе Fe-ЫЬ использовали мессбауэровскую спектроскопию. Измер©«-ние зависимости поглощения -квантов от скорости движения источника относительно поглощающего вещества осуществляли на спектрометре электродинамического типа. Источником являлся 57Со(Си) и 57Со (Аэ1). Получешще спектры были обработаны на ЭВМ. ...

Экспершентальная часть

Взаимодействие марганца с. п&рехоянши металллагя;

1У-УШ групп

' Диаграммы состояния тройных систем марганца и никеля с переходными металлами 1У-УШ групп строили методом диффузионных пар. Кнкелкларгадцевце сплавы методом диффузионной сварки в вакууме соединяли с чистыми металлагди, образцы отжигали а течение 200 часов и затем исследовали диффузионную зону пар методом электронно-з ондового макроанализа к растровой электронной микроскопии.

Дm повышения надежности лолучаешх результатов отдельные области изотермических .сечений, построенных катодом диффузионных пар проверяли, исследуя фазовый состав и концентрацию элементов в фазах сплавов тройных систем марганца, никеля и- переходных металлов.- По результатам исследования диффузионных пар и равновесных'сплавов строили изотермические сечения диаграмм состояния систем íAn-W-tíe, где Mè - переходный металл 1У-УШ трупа.

Изотермические сечения диаграмм состояния.никеля и марганца с переходными металлами 1У-У1И групп представлены на рйс.1.

Поскольку температура исследования изотермических сечений диаграмм состояния систем Mn-N¡ -( Т! t Zr , tí4 ) составляла 1175 К на всех трех сечениях присутствует эквиатоиное соединение Mnt/i (структура СаЙи ) двойной системы Mn-H¡ , Фазы Лавеса Мп^ Ti , ir , Hf ), реализующиеся также во всех системах, находятся в равновесии с зквиатомными соединениями t/fïï,

и фазами со структурой CuAl¿~ , MfaHf)^.

(Соединенно Т^ЛЛ' имеет собственный структурный тип). Растворимость никеля в фазах Давоса Мп^п ., Мп22г , ИпгН/ составляет соответственно 20,9 и 9 ат. %. В-системе 77-Ш-Мп фаза 77W/ (структура CiC¿ ), имеющая значительную область гомогенности (21 ат. %Мп ), находится в равновесии с фагами хг Ип^г; и MnMi . Соединенна Ti (решетка f- -TiCu^) также находится в равновесии п фазой Мп N1 . растворимость марганца в фазах Ti¿ы! и A//j7V определена соответственно 4 и 13 ат. %.

Особенностью изотермических сечений диаграммы состояния Мп-М- ( zr%Hf ) является наличие тройного соединения в обет системах. Соединения, лежащие в области ( Яг, Hf ^'¿¿¡Щ^ находятся в равновесии с фазами МпМ\ ( Ni )-твердом раствором, (2r, Hf^NÍ? , {7-rJ-lf \3N:C , ( Zr, /// .Точный харак-

тер равновесий С 2- тройное соединение, ( l/f)N¡ -тройное соединение не установлен. Растворимость марганца в фазах систем ( Zv,///) -Ы! не правишаот 2 ат. % за исключенном фаз {7.с, Ч£ и (Zr, Hf Ы!^ у содержащих соответственно

4 и 10 ат. % марганца.

, Рассматривая строение изотермических сечений марганца и никеля с металлами У группы при 1225 К необходимо отметить сходство изотермических сечений Мп-Ш-ЫЬ к Л(г?-.'//-7Ь и отличие их от системы Mn-tJ¡-V. Изотермической сечеиио диаграммы состояния Mn-Nj- V при 1225 К характеризуется наличием непрерывного ряда твердых растворов на основа б -фаз систем V-Mn и t/-M¡ , а также широкими областями твердых растворов на основе ванадия и никеля. Форма непрерывного ряда твердых растворов на основе б -фаз согласуется о литературными данными.

Изотермические сечения диаграмм состояния систем .Чп-М'-Л/Ь, Мп-М'-Та при 1225 К отличайтеся равновесиям!! в области 60-100 ат.$ тантала (ниобия) за счет того, что в система Mn-Ni-Ta присутствует соединение 7ЬЯA// ¡ находящееся в равновесии о Xj-Mn^Tix фазой. Растворимость марганца в фазе ТЬЛNi равна 12 ат. %. Фазы Лавеса Л.у в обеих системах имеют значительные области гомогенности (растворимость никеля в фазах Mr^Nb и Mn¿To равна со-1 ответственно 18 и 24 ат. Я) и находятся в равновесия о эквиатом-

- о -

71 ъ»! мт,- у * лГ Л-

/// Н^к, га №

П'Щ

/•'¿•То'

РИС.1. Пзогсрмическяо ССЧ5:ШЯ Д11аГр.31Л1 состояния никеля к марганца с переходными моталлдои 1У-УШ групп.'

нши соединениями NiNb , М'Та , имеющими структуру фазы ft- . и растворяющими 35 и 30 ат. % марганца. Соединения N¡Nb , N< Та. на обеих диаграммах находятся также в равновесии с никелевым твордшл .раствором. Фазы со структурой Ni^Nb,

). имеющие широкую область гомогенности за счет растворо-шш соответственно 33 и 31 ат. % марганца, на изотермическом сечении образуют одинаковые трохфазныо области: fJ¡¿Me+ Mí Me + (-V/ ). Присутствует также двухфазная область на основе твердого раствора никеля '(не более 2 ат. % ЫЬ (Та)) и фазы %/- MnJ^blb),

Особенностью изотермических сочеши; диаграмм состояния марганца и никеля с металлами У1 группы является наличие на всех трех диаграммах широкой двухфазной области на основе о.ц.к.ме-талла { Cr ,Мо, IV ) и г.ц.к,. никелевого твердого раствора. В системах Mn-tíl-Cf , Mn-Nl-Mo дрл 1225 К в области концонтрацш марганца более <30 ат. % реализуются соединения со структурой в-фазы. В системе Aia-t&Mo при указанной температуре появляется такко S -фаза сисхош »'//-/»'о . Растворимость никеля в (¿азах

<7 систом Mn~h't-Cr ^ Мп-М'-Мо и марганца в фазе £* соответственно равны -3, б, :3 ат. %. Изотермическое соченко диаграммы состоянии системы Aín-M-¡V характеризуется отсутствием Ш1терме-таллидов. Твердый! раствор ка основе никеля имеет протяженную, широкую область гомогенности в системо Мп-М'-Сг , к протяженную по стороне ><*«-/// и узкую в системах Mn-Nl-Mo, tAn -Ul- \V (растворимость Alo ( M ) jio лревккаот 1,5 ат. %).

Изотермическое сочанко диаграглми состояния системы Мп-кЧ-Ре очень похожа по строений на ссченко Mn-U¡-Or при 1225 К. Объяснить это сходство mojsho следувд-.г образом. Хром является диагональным аналогом технеция, а технеций и рений обладает очень близкими физпко-иижчес^.а свойства-«:, что объясняется данта-новдной контракте-i. Таким образом проявляется сходство в свойствах хрс:/.а и рения. Разп;ща в шло&зтпг на двойных диаграммах состояния Сг-А1п и 8q-Aíh С-^сл объясняется тем, что значения слсг.троипих концентраций при которых возгюгко появление 6 -фаз (а для фаз этого типа фактор эяекгрошюд гсонцентращот является определяет:!::,*.) в системе Cr-Д/п достигается за счет увеличения- концентрации марганца до G0 ат. %. Саза S система Qe-Ш

.растворяет до 3 ат. % никеля, находится в равновесии с (йе ) и i( ¡Ы! ) твердыми растворами. Содержание рения в твердом растворе (на .основе дппсоля не превышает I ат.

¡Изотермические -сечения диаграмм состояния скотом железа и ¡кобшвдга -с никелем и марганцем при 1225 К характеризуются наличием .нопрорвднях рядов твердых растворов в области концентраций до ,8!D air.. % .марганца.

Да -схдарваики полученных сведений о строении тройных диаграмм ¡состояния никеля и. марганца с переходными металлами могао ■утверждать,, что нгасельмарганцевые' сплавы являются химически со-лмостдаымк с ,Cr ,Мо, W ,/?е . При прямом контакте Киселевых (СЩлано.в с тугоплавкими металлами 17-У групп образование хрупких дцнуермохаллических соединений неизбежно.

Наиболее перспективной в плане технологии и доступности .•металлов является композиция ( Mn-Ni) сглатз/Л/о . Из построенной диаграммы состояния системы Mn-Mi-Mo при 1225 К видно, что область совместимых с молибденом нккельмарганцевых сплавов леякт в интервале 20-80 ат. % марганца. Наиболее приемлемым! являются сплавы, кмевдио максимально высокую температуру плавления (т.е. содержащие марганца 20-35 ат. %). Исследований образца, в котором сталь I2XI8HI0T была сварена с молибденом через прослойку никельмарганцрвого сплава с содержанием марганца 21 ат. ото-женного а течение 120 часов при 1325 К показало, что на границе ¿'»/сплав образовалась прослойка S -фазы жрхно'А 2-5 мза:.' • Образование фазы произошло вследствие того, что в результате отжига концентрация марганца в сплаве упала шеле предолыго-до-дусткмой, т.ic. марганец при 1325 К обладает высокой летучесть». Taiyai образом, оптимальной является прослойка, содер-тлщая мар- . ганца 25-35 ат. %. Рекомендуемая прослойка может быть ¿фикспела в качестве диффузионного барьера при защите молибдена жаростойкими шжелешми сплавали и сталями.

■ 'Рзашодейотзио гпни/у с никеле позасодп;;?лц металлами ГУ-уШ групп.

Фазовые равновесия в тройных системах ренет с шпеолем к переходными металлами 1У-УШ групп, ностросншс методой суперно-

зкцик диффузионных зон, проверяли такжи используя равновесные сплавы. В ряде случаев (система /?c-///-Zf пр:( 2425 К, часть богатая танталом системы 'Го.-/Vi-Ре) отдельные равновесия устанавливав только после исследования сплавов метода?,и: асздового к рентгонофазового анализов и растровой электронной микроскопии. По совокупности данных двух мзтодоь строили изо-торхгчоские сечедаи реши и никеля с металлами 1У-УШ групп, лри-годенные на рис.2.

При рассмотрении изотермических сечений диаграмм состояния ролия и никеля с металлами 1У-У групп заметно сильное сходство Фазовых равновесий в скотомах Re-Hi-Ti при 1175 К, Q-e-Ni-Nb ,\ри 1425 К и ffa-M'-Ta лртт 1425 К. Объяснить подобное сходство мокко опять кэ с позиций аналогий i диагональной (-h'i-Tl , Rü-Ni-h'b ) к аналогией, обусловленной лантаноидной контракцией.

Соединение Л''/йЛ/а , где /'/а - Т/ ,Nb ,7'а, имехше. структуру типа L.-Ti£uh ка всех указанных изотермических сечениях находится в равновесии' с твердая; раствора;,я па осйово рения и о. ц.::.-металла ( Т! , Л'Ь, Та ): а также фазой У- со структурой ¿-Ма i:ли Г/гЛ^. .

Растворимость рзкия в фазах Л'Л'Л' , //Д л'ь , К'¡¿'Га. определена равной не болео 3 ат. %. Эквиатомиыа фазы MW , ЫЬЫ! i tilTa , относящиеся к структурным типам C.sC£ раст-

Еоряадко рения 22, 15, 15 ат. %tсоответственно образуют двухфазные области с протяженными (до 60 ат. % Ro. п система/?<?-л7-7/ и до 50 ат. %-(, л/Ь , Та ) - /// - /?й ) твердыми растворами на основе титана, ниобии или тантала, Суцествзтзщзгс- в двойных системах Ti—Ni , т«-///' соединения Л'/ (собстгешшИ структур; ши тип) i; Ta^Mi ( Си ff) в тройных системах растворяет рения 0 и 6 йТ. %. Содержание никеля в фазах % систем fe-А'/-77' при II75K, ßü-Ni-Nb, Re-Ni-Ta при 1425 К составляет 5, 10, 8 ат. %. Тройных соединений в указанных системах не" обнаружено.

По результатам исследования сплавов тройной системы Ra-Ni-lr построено изотермическое сечение диаграммы состояния скотеш Rü-Ni-Zr при 1175 К. В оиотеме установлено образование интерметаллических соединений двойных систем M'-Zr: ft'igZr M'ffZrg ,M'/i?Zr, M'Zr , NU rß ; ßc-Zr ; , V®^.

$фэ&Давеса ^-г^Ее^ образует двухфазные области со всеми ин-Фермет.алш!дами данной системы за исключенном фазы Ы!5~2г, пп~ |К@лейог,о твердого раствора и твердого раствора на основе цкр-лшния, Растворимость шяселя в /-¿-Згйе^ фазе равна 13 ат. %, Фазы е»стеш N1 - 2г* содержат рения не белое 1 ат. В литературе отсутствуют данные о структуре соединения 5с, £е , что ив дает возможности идентифицировать его; хотя в тройной системе Лг-///-при 1175 К эта фаза, имеет значительную область гомогенности (растворяет 22 ат. % М' ). Растворимость никеля в фазе ' в равновесии с фазой сос-

тавляет 2 ат. 55. Образование тройных гагсорметаялкческих соединений в системе не установлено.

Особенностью изотермического сочения диаграммы состояния <?<э-///-у при 1425 К является наличке тройного соединения со структурой б -фазы (параметры реиетки л-0,93X0(1) км,с = = 0,4893(9) , лежащего а области ^ /?е„3 . Вероятно это соединение является двойной фазой , которая в тройной

системе V тлеет сло;;'ну;а область гомогенности. Указгщпоо

тройное соединенна находится в равновесии с твердя,пг растворами на основе исходных металлов, образуэдпе систему: ( V ), (ы! ) (Яс ). Содержание рения в твердо,V, растворе на основе ванадия состав.аяет 66 ат. %. Фаза б" системы ///-'/ , растворяющая 6 а?. % ренет, образу^? двухфазгшо области с ( V ) и ( /V/ ) твердыми раствореми. В системе установлено существование равновесия тво-рдмх растворов па основе ванадия и никеля.

лзсгормичесхое сечение диаграмму состояжк систега £е-М-Сг при 1425 К характеризуется наличием двух инторкоталлячеекгос сседг«лс!1::и: фазы 5 система Сг-Яе. (содержание никеля до 23 ат. %) ;г иояюеетиого ранее тройного соедашбшш состава ^^'¡¡^¿о Однозначно структуру ;~£азанного тройного соединения определять но удало::!.. однако кугенепо, что оно относится к се:;ейс?ъу С~ #зз и иэролтпео зеего является & -Фазой. Соединение Сг^Ш^^ • находятся с рдакоьсс«;: со ви<кк ?всрдь"4м раетьора:,;;г г.: тренчик сс(>давеа::с:-&. Саза ^./^¿Ь^, обргдзущ' дэухфааько облает с о -я творд'лн; расГсО^д««: на ос; тес- пизе-чл я ронгл.

Характер фаяовнк ргшкошс'.й в екзтека ггр:г 1425 К

Рис.2. Изотермические сечения диаграмм состояния Систем

рения и никеля с переходными металлами 1У-УШ групп. (( {- литературные данные)

определяется взаимодействием фазы б системы'¿е-^а с твердым раствором на основе.рения и келезноникелевым:тверды:,!• раствором.

Фаза б-Ре. Ра растворяет 4 ат. % ,• содержание ■ рения в твердом растворе па основе железа и нккёля-1' б«со1азйяет" £5* аг,- %, что согласуется с литературными данными,- Установлена- одна трехфазная область С + (ве ) + ( л// й: широкая двухфазная на основе ( ) и ( Яе.-л// ). "

Проведенное исследование 'изотермических сечений диаграмм состояния систем рения к никеля- с переходным^ металлами 1У-УШ групп дает возможность оценить влияние рений''взаимодействие к:п<еля с тугоплавкими металлами.- Только в системе V при

1425 К характер фкзжо-хажческого взаимодействия войаДйй и" школя под влиянием.рения изменился- таким образом, что стало зоамакнам равновесие- твердых'растворов.На основе ванадия и никеля. ■

Таким образом, сплавы тройной системы Дв-М-у состава •

мо:кно использовать в качестве диффузионной барьерной прослойки при защите ванадия от высокотемпературного окисления ."жаростойкими шйселевыми сплавами к сталями.

рзапмояейстзия в тройных системах

уъ-//,'- И, Та Ге-Ы!-МЬ.

Изотермическое евчекий диаграммы состояния системы То при 1425 К, построенное по результатам метода суперпозиции диффузионных зон и исследования тройных сплавов, приведено на рис. За.

Наличие тройного соединения со структурой фазы Лаввса *>-1, о котором указывается в литературе, подтверждено ь настоящей работе. Указанное соединение имеет значительную область гомогенности, зытянутуи вдоль нзоконценграты 25 ат. % Га ц находится в равновесии о фазой б1 системы и-<у/ , которая растворяет 5 ат. % тантала, соединением' ^¡¿ГЬ- , содаржавдш до 15 ат. % ванадия, эквиатомнш соодиненкам //»та , обладающим протяйсешюй .областью гомогенности (до 38 ат. % И) и базой ^Та (никеля менее I ат. %). Установлены такка следующие равновесия: б'1 ( у-ы!) + , + + Ц/7Ъ , +

,+ г+ /¿¡¿То , Хх + У-Н/ ) + . Более детально

сО<5даст,ь, содержащую до 25 ат. % никеля'установить не удалось.

.Изотермическое сечение 7Ь-///-л/Ь(рис.Зб) характеризуется .¡наличием двух непрерывных рядов твердых растворов на основе фаз Ы;йМа {/>~Т>'С"Л } ;; ы/Ме ). Фаза М^Та (Мр^)

растворяет II ат, % ниобия. Область, гомогенности фазы №<Г4а установить не удалось. Тройных соединений в скстсш не обнаружено.

При изучении фазовых равновесий в системе Ро.-Ы!~МЬ при 1425 К возник вопрос о существовании в системе Ръ-ЫЬ соединения Ре^ЫЬ^ {поскольку в'-литературе отсутствует одиное мнение по этому вопросу)'. Для рошеняя этого вопроса были привлечены метода электронио-зоядового мпероааалпоа, растровой электронной микроскопии, реитгенофазового'анализа, мессбауэровской спектроскопии, По совокупности результатов эксперимента бил сделан вывод об отсутствии в системе указанного соединения. На изотермическом сечении диаграммы состояния системы Ро -/л'-//Ь при 1425К (рис.Зэ) существует непрерывный ред. твердых растворов между соединениями И/'/УЬ к РеЫЬ (структура //-Лг^й^ ), фазы Я¿-Рвл^Ь, обладающая значительной областью гомогенности (содержание акселя до 62 ат. %) и N¡¿N6 , растворяющая до 5 ат. % железа. Указанные соод^ения образуют трехфазную область. Установлена-также трехфазная область -ыь + Ы/^мь +- ( Ре -ы! ). в области 66 ат. % ниобия, 3-5 ат, % келеза реализуется сосдкке- ■ ние. Определить двойное ли это соединение ЫЬАы! , стабилизированное кислородом, или тройное соединение со структурой 'предположительно т/^ы! (карбкдная фаза типа Рг.6№ъС ) не удалось.

Характер фазовых-равновесий в системах Та-М/~у , га-М'сКЬ, ¿е-/У/-Л'А при 1425 К указывает на неизбежность образования прослоек интерметаллических соединений пря контакте О,Ц.К.металлов ( V ;Ыь ,Та } с Г.Ц.К. .никелем, что делает невозможным испсжь-зование указанных систем дагя прогнозирована материала- диффу- , знойного барьера. '

С учетом литературных данных, а также результатов настоящей работы проведен анализ особенностей взаимодействия фаз .

двойках систем переходных металлов 1У-УШ групп в троййыХ 01Ш&--мах и никелем. Для интерметаллических соединений, ШСрсШШШ к структурным типам р-тгСи^ , С%С1 ,

а также <Г- ЫШо , у. к б" -фаз установлена характерные- фазовые равновесия, в которых проявляется специфика взаиКгодействвд той или кной фазы с другими,

Выявлены некоторые закономерности в изменений.строения изотермических сечений диаграмм состояния систем Никеля и переходных металлов при расположении диаграмм в зайиоиШМй от расположения могаллов в Периодической системе Д<И,Менделеева,

ВЫВОДЫ

1. Комплексом методов фйзкко-химичес&оГо Ш!али&а ШолвдО» вани изотермические сочения диаграмм соот'ояййЛ тройных сиотем

Мп-№-(П,?.г,Н{) ; /?а-М'-(7Г,-2г) прй П75К} И ,

Та ,Сг ,Мо,Ъ/ ) при 1225 К; Ре-мЧ V ¡С? ,йз),

Ге-М-МЬ , Гл-М'-Л^МЬ) при 1425 К.

2. В тройных системах Мп-М-Т.г- При 1175 К,

Яо-М'-Сг , , \'-Н!-'Та. . яри 1425 К оОна- •

ружсны тройные соединения к установлены области Их ГомоГенноо-тк. Методом моссбаузровской спектроскопии определено, что В двойной системе Гё-//¿> соединение на образуется.

3. По результатам исследования изотермических сечений диаграмм состояния систем Мп-Ы!~}Ай . где Мй - переходный металл 1У--УШ групп, установлено, что никельмарганцеше сплавы соотава 25-о5 ат. %Ш можно использовать в качестве диффузионной барьерной прослойки при защите молибдена от высокотемпературной газовой коррозии ларостойкими никелевыми шишами л сталями'. •

4. При изучении твердофазного взаимодействия никеля и ро-ния с переходными металлами 1У-УШ групп обнаружено,.что тройные сплавы из области твердого раствора на основе ванадия составов

хммичоски совместимы с твердим раствором на основа никеля. Указанные сплавы ыояшо рекомендовать для использования в качества диффуэиошшх барьерных прослоек в слоиотых системах ванадия и никелевыми ошшьаыИ и сталями. ;

Рис.3. Изотермические сечения диаграмм состояния систем: У-М'-Тсх , ЫЬ-№ -Та. , -ЫЬ при 1425 К.

5. Установлено, что при наличии в тройных «укзтемах никеля и переходных металлов 1У-УШ групп татедаерадлячвских соединений

, со структурами p-TtCu^ , Си. , S- ЩМо , (k CJL ,

p-fej , 6"- Fe Cr , %-J.-Mn образуются тух. Я ?^>ехфазные области, где в равновесии находятся фазы определенной структуры, что может быть ясподазвяеди? ¿ври ровании неисследованных диаграмм состояния,

6. Анализ изотермических сечений диаграмм еоетояивд тройных адс^ тем на основе никеля и металлов 1У-У12 груш показал., что ка& и в свойствах переходных металлов в строении диаграмм оойеоя-ния с их участием четко проявляется все виды аналогий,, .существующие в Периодической системе Д.Й.Ыееделоева (групповая, диагональная. аналогия, обусловленная дадазноидной «онтрак-^ циой).

Основное содержание Работа Qiyffif^aaHO:

1. Атлетов И. В. Построение диаграммы состояния «егчздом суперпозиции диффузионных зоя.-В сб.: Конференция аойздых ученых химического факультета' МГУ, М. 19.89* чЛ, 0,531-24» (Деп. в ВИНИТИ 25.07.88, £ 5880-В88).

2. Слюсарешш Е.М., Дунаев С.Ф., Атлетов К.В,, Кодедаов A.A. Кинетические ¡¿етоды в построении диаграмм состояния молибдена и вольфрама с никелем и переходными металлами 1У-тУШ груда.. -В сб.: У1 Всесоюзное совещание по химии и ?вх&е#о?ш тяяб-дена и вольфрама. Тез.докл., Нальчик. 1983, «,155.,

3. Амотов И.В., Ксденцов A.A., Слюсаренко Е.и!., Дунаев <С»Ф. Тройные дааграшы состояния на основе никеля и переходных металлов 1У-УИ групп. - В сб.:У Всесоюзное совещание "Диаграи ш состояния металлических систем": Тезисы докл.-Ы.:Паука. 1989, с.107.

4. Атлетов й.В., Пористый А.З. Взаваодействио никеля я рента с переходными ыегадлака У-У1 групп.-3 сб.: Применение физич. к иатематяч. методоь в исследована: строения вещества: Тезисы . докл. Владивосток, 1390, с.143-145...

5. Аметов II.B., Перистый A.B. Построение диаграммы состояния системы iii-Gr-Mn при 1223 II ыэтодок дзул^азных диффузионных

- 21 -

пар.-В сб.: Каяфбрейщ» молодых ученых химического ф-та МГУ: • Тезисы де*й*,41,* МРУ, 1990, о.54.

6. Аме^Ой И/Й,, Дуйасв С.Ф., Слюсаренко Е.М., Перистый A.B. Взатодействие никеля и рения с переходными металлами У-У1 групй.-Всет.Моск.унта. Сер.2, Химия, т.31, № I, с.47-52.

Материалы диссертации доложены на:

1. Конференции молодых ученых химического факультета МГУ, Москва, 1988 г.

2. У! Всесоюзном совещании по химии и технологии молибдена и вольфрама, Нальчик, 1988.

3. Конференции "Применение физических и математических методов в исследовании строения вещества", Владивосток, 1989.

4. У Всесоюзном совещании "Диаграммы состояния металлических систем". Мооква, 1989.

б. Конференции молодых ученых химического факультета М1У, Москва, 1990 г.

vf

246-/00-9(3 лvan