автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств слоистых покрытий системы Ni-Al на поверхности стальных изделий машиностроения

»ОВАНЙЕ СЛОИСТЫХ ПО " '

,х v=\VA_v^CvA s, ,

ЮВЕРХНОС CTV IOC

І свої

ЕМЫ Ni-Al

" Л<ОГУ°Уа>

içcepi;ai3 ка

)iFit

005048093

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и композиционные материалы» Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шморгун Виктор Георгиевич

Официальные оппоненты: Калита Василий Иванович,

доктор технических наук, с.н.с., Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова РАН, лаборатория физикохимии и технологии покрытий, заведующий лабораторией

Тескер Ефим Иосифович,

доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, кафедра «Автомобиле- и тракторостроение», профессор

Ведущая организация ОАО «Всероссийский научно-

исследовательский и конструкторско-технологический институт оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности», г. Волгоград

Защита состоится «26» декабря 2012 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, д.28, зал заседаний ученого совета (ауд.209).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «26» ноября 2012 г.

Ученый секретарь /

диссертационного совета Кузьмин Сергей Викторович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость повышения эксплуатационной надежности и срока службы высокотехнологичных изделий энергетического машиностроения, работающих при высоких и сверхвысоких температурах, ставит задачу разработки принципиально новых материалов.

Решение этой задачи ведется в двух направлениях:

- совершенствование имеющихся конструкционных материалов путём их легирования, оптимизации структуры и создания композиций сложного состава;

- формирование на поверхности материалов жаростойких покрытий.

Среди жаростойких покрытий, обеспечивающих защиту материалов в

окислительных средах при температурах до 1200°С весьма эффективными являются покрытия из алюминидов никеля, высокие защитные свойства которых основаны на способности поверхностного слоя этих покрытий окисляться с образованием защитной плёнки на основе окисла алюминия AI2O3.

Разработке методов получения материалов для таких покрытий, технологий их нанесения и исследованию их свойств посвящены работы Ж.М. Бледно-вой, Б.А. Гринберг, E.H. Каблова, В.И. Калиты, С.Д. Калошкина, Э.В. Козлова, C.B. Косщына, В.В. Кудинова, Е.А. Левашова, А.Г. Мержанова, КБ. Поваро-вой, А.Д. Погребняка, Н.Б. Пугачевой, Г.Н. Соколова, S.C. Deevi, J.A. Hearley, Z.-К. Liu, К. Morsi, J.R. Nicholls, M. Salehi, С. Sierra, D.F. Susan, F. Wang, Z.D. Xiang и ряда других отечественных и зарубежных исследователей.

Анализ опубликованных работ показал, что наряду с широко используемыми методами (СВС, напыление, наплавка, механосинтез и др.) все большую актуальность приобретают комбинированные методы обработки, позволяющие получать слоистые покрытия - «никель + алюминид никеля». В таких покрытиях каждый слой несет определенную функциональную нагрузку: слой никеля предотвращает проникновение атомов алюминия в основу и обеспечивает высокую адгезию покрытия к подложке, а алюминид никеля защищает основу от окисления за счет образования оксидной пленки AI2O3.

Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью структурно-фазовых превращений на межслой-ных границах слоистых никель-алюминиевых композитов в условиях высокотемпературного нагрева, а также недостаточным объемом сведений о влиянии формирующихся структур на свойства покрытий.

Основные результаты работы получены в период 2009-2012 г.г. при выполнении фундаментальных научно-исследовательских работ:

> «Создание метода получения защитных покрытий на основе алюминидов никеля для высокотехнологичных изделий аэрокосмической техники с целью повышения их ресурса и надежности, снижения стоимости при производстве и применении» (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2012 - 2013 гг.);

> «Создание научных основ производства функциональных и конструкционных материалов нового поколения - слоистых интерметаллидных компози-

Автор выражает глубокую благодарность Заслуженному деятелю науки РФ, докт. техн. наук, профессору Ю.П. Трыкову за оказанную помощь при анализе и обсуждении полученных результатов.

тов, обладающих уникальными теплофизическими и жаропрочными свойствами» (АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009-2011 гг.);

> «Создание теоретических основ получения нового класса конструкционных материалов - слоистых интерметаллидных композитов с градиентными физико-механическими свойствами» (Грант МК-218.2010.8 Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых-кандидатов наук на 2010-2011 гг.).

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка технологии получения жаростойких покрытий из алюминидов никеля на базе исследования закономерностей формирования структурно-механической неоднородности никель-алюминиевых СКМ при сварке взрывом (СВ), обработке давлением (ОД) и термообработке (ТО).

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработать новый способ получения жаростойких покрытий из алюминидов никеля, обеспечивающий высокую прочность сцепления с подложкой и ее защиту от высокотемпературного окисления.

2. Выявить влияние термического и силового воздействия на параметры процесса диффузионного взаимодействия между алюминием и никелем в сваренных взрывом СКМ и получить эмпирические зависимости, позволяющие рассчитывать толщину диффузионных слоев для контроля кинетики фазовых превращений в покрытиях системы №/Ы12А1з

3. Исследовать закономерности формирования и трансформации структуры и свойств слоистых покрытий системы №/№2А1з, полученных по предложенной технологии (СВ, ОД и ТО).

4. Разработать практические рекомендации по применению никель-алюминиевых слоистых интерметаллидных композитов в качестве конструкционных и функциональных материалов, предназначенных для работы при статических нагрузках и повышенных температурах.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном определении деформационно-силовых и температурно-временных условий, обеспечивающих создание с помощью сварки взрывом, обработки давлением и термообработки жаростойких интерметаллидных покрытий системы М-А1 на поверхности стальных деталей.

Экспериментально установлено, что структура сформировавшихся при сварке взрывом участков оплавленного металла на межслойных границах №-А1 СКМ представляет собой дисперсные интерметаллидные включения №А1з и №гА1з в матрице из твердого раствора на основе алюминия. Формирующиеся при термообработке диффузионные прослойки на первом этапе повторяют контур оплава, а затем, по мере увеличения времени выдержки, «поглощают» его, выравнивая свой стехиометрический состав: со стороны никеля образуется алюминид №2А1з, а со стороны алюминия - МА13.

Показано, что охлаждение трехслойного композита СтЗ+НП2+АД1 после отжига, обеспечивающего формирование диффузионной зоны толщиной более 30 мкм, приводит к самопроизвольному отделению алюминиевого слоя в результате разрушения интерметаллидной прослойки по фазе №А13, обусловлен-

ного действием растягивающих напряжений, превышающих ее предел текучести при соотношении толщин слоев алюминия и (никель + сталь) к < ОД и к > 4.

Установлено, что начальная толщина покрытия NÍ2AI3 является параметром, контролирующим кинетику фазовых превращений, ее увеличение сопровождается ростом продолжительности фазового перехода NÍ/NÍ2AI3—* Ni/NiAl/Ni2Al3 —> Ni/NiAl —► Ni/Ni3Al —>Ni(Al) и толщины никелевого слоя, необходимого для его реализации. Увеличение температуры и времени эксплуатации покрытия приводит к выравниванию градиента концентрации и, в конечном итоге, к формированию на стальной подложке покрытия, представляющего собой никелевый аустенит.

Практическая значимость:

1. Впервые получены и систематизированы данные о теплопроводности слоистых интерметаллидных никель-алюминиевых композитов, позволяющие расширить области применения этого класса композиционных материалов.

2. Получены эмпирические зависимости, позволяющие назначать режимы высокотемпературных нагревов для формирования требуемой толщины диффузионных слоев и контролировать кинетику фазовых превращений в покрытиях системы NÍ/NÍ2AI3

3. Результаты проведенных исследований позволили разработать новый способ получения жаростойкого покрытия на поверхности стальных деталей (заявка на изобретение №2012118293, приоритет от 03.05.2012 г.). На уровне изобретений (патенты РФ №119680, 119866) разработаны способы получения и конструкции композиционных изделий с внутренними полостями, предназначенных для работы в окислительных газовых средах, с различными вариантами расположения жаростойких покрытий.

Методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена с применением оптической микроскопии (микроскоп Olympus ВХ61), атомно-силовой микроскопии (сканирующий зондовый микроскоп Solver Pro), фазового рентгеноструктурного анализа (рентгеновский дифрактометр ДРОН-3), рент-генофлуоресцентного анализа (рентгеновский спектрометр Niton XL3t), тепло-физических исследований (установка «Теплофон» КИТ-02Ц), измерения микротвердости (микротвердомер ПМТ-ЗМ). Обработка экспериментальных данных производилась с помощью специализированных пакетов прикладных программ.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград 2011), международных научно-технических конференциях «Новые перспективные материалы и технологии их получения» (Волгоград 2007, 2010), Всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин 2008, 2010), III и IV Всероссийской научной конференции «Наука и устойчивое развитие» (Нальчик 2009, 2010), научно-практических конференциях студентов и молодых ученых Волгограда и Волгоградской области (Волгоград 2007-2011), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград 2007-2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе 10 статей в российских периодических рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 15 патентов РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 162 наименования, и приложения. Основная часть работы содержит 175 страниц машинописного текста, 83 рисунка, 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыты актуальность работы, сформулирована научная новизна, показаны структура и содержание диссертации.

В первой главе приведены данные о диаграмме состояния и свойствах ин-терметаллидных соединений в двухкомпонентной системе А1-№. Проведен краткий анализ способов получения интерметаллидных покрытий, показана перспективность применения комплексных технологий для их получения. Изложены закономерности протекания диффузионных процессов на границе соединения разнородных металлов и сплавов. Проанализированы литературные данные, касающиеся особенностей взаимодействия алюминия с никелем. Рассмотрены основные принципы конструирования жаростойких покрытий.

На основе проведенного литературного обзора сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе определен круг исследуемых материалов, обоснованы условия и режимы применяемых технологических операций процесса получения покрытий, описана методика проводимых экспериментов и способов обработки полученных данных. Выбрана математическая модель для описания кинетики диффузионных процессов на границе раздела никель-алюминиевых композитов.

Третья глава посвящена исследованию кинетики диффузионных процессов в СКМ системы А1-№.

Установлено, что при сварке взрывом алюминия с никелем формирование структурно-механической микронеоднородности определяется энергией, затраченной на пластическую деформацию поверхностных слоёв металла (й^). При W2, не превышающей 1 МДж/м2, граница соединения АД1 + НП2 свободна от оплавленного металла и имеет безволновой профиль. Увеличение Ж2 приводит к нестабильному волнообразованию, росту площади и относительной протяжённости оплавленного металла переменного состава и морфологии (рис. 1). Рентгеноструктурным анализом установлено, что включения оплавленного металла на межслойной границе состоят из интерметаллидов №А13 и №2А1з. С увеличением )¥2 содержание в оплавленном металле более твёрдой фазы №2А13 увеличивается.

Исследование взаимодействия образовавшихся после сварки алюминия с никелем участков оплавленного металла с диффузионной зоной, формирующейся при термической обработке композита, показало, что на первом этапе диффузионные прослойки повторяют контур оплава, а затем, по мере увеличения времени термообработки, «поглощают» его (рис. 2), выравнивая свой сте-

хиометрическии состав.

НП2

4. Ий Наді

а б в

Рис. 1. Микроструктуры зоны соединения НП2 - АД1 (х500) и трехмерные АСМ -изображения участков оплавленного металла, характерные для различных значений W2: а -W2 ~ 1,2 МДж/м2, б -W2~ 2,0 МДж/м2, в - W2 ~ 2,25 МДж/м2. Области сканирования обозначены квадратом.

а б в

Рис. 2. Микроструктура зоны соединения АД1-НП2 после сварки с энерговложением Ш2~1,2 МДж/м (а) и ее трансформация после нагрева при 600°С в течение 0,5 (б) и 10 (в) ч

(никель сверху,х200).

При значениях ИЛ < 1,85 МДж/м: такой эффект достигается после 10-часовой выдержки при температуре 600°С (рис. 2). При больших значениях ИЛ для «поглощения» оплавленного металла диффузионными прослойками требуется более длительная выдержка. При этом дефекты кристаллизационного характера сохраняются.

Рентгеноструктурным анализом установлено, что диффузионная зона, формирующаяся в композите состава АД1+НП2 при твердофазной диффузии, состоит из двух интерметаллидных прослоек: со стороны никеля образуется алюми-нид №2А13, а со стороны алюминия - №А1з (рис. 3). Микротвердость прослоек практически не зависит от температурно-временных режимов термообработки и составляет, в среднем: 9,4 ГПа (№2А13) и 6,5 ГПа (№А13).

Исследование направления преимущественного массопереноса показало, что диффузионные процессы сопровождаются уменьшением толщины слоя никеля.

ГМІ

•у/ ,

■

Шт:-АІ

ІМІ

■'> " " ''і-ч ♦ '

І^УІІгАІз!

\

АІ

ЫгАЬ

ГМІ №АЬ

/

* V > ■ АІ \ ■

ІЧІАЬ

..». • т —

а б в

Рис. 3. Микроструктуры зоны соединения АД1-НП2 после сварки взрывом (а) и отжига при 600°С в течение 1 (б) и 10 (в) часов.х500

Металлографические исследования показали, что рост диффузионной зоны на границе соединения начинается с образования локальных участков, которые с повышением температуры и времени нагревов увеличиваются в размерах и срастаются в сплошную прослойку. Количественные результаты опытов представлены на рис. 4, из которых следует, что температурно-временная зависимость периода до образования интерметаллидов в системе А1-№ под-

ИНТ •РМЕ7 АЛЛИ, 1Ы ЕС ТЬ

ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ НЕТ

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 х,1-Рис. 4. Температурно-временные условия зарождения интерметаллидов в системе А1-№

чиняется экспоненциальному закону, характерному для взаимной концентрационной диффузии.

Таблица 1

Кинетика роста диффузионной зоны в никель-алюминиевом СКМ, полученном

И/2, МДж/м2 Уравнение, описывающие кинетику роста диффузионной зоны

0,17 И2 =0,38-10ю ехр( 176110). ЯТ ' .„-6 .120950 ~ т -0,786 10 ехр(-) ят

0,20 ^=0,38..0%хр(-174870)-ЯТ ,„_6 ,120030Л г-0,786 10 ехр(-) ЯТ

0,23 й2 = 0,38 10ю ехр( 17368°). ЯТ \ П78ЛІП-» 119050 г-0,786-10 ехр(-) ЯТ

0,26 А'=ВД8.10»«р (-171700). ЯТ Гг-0,786.10-ехр(11806°)1 ЯТ

Микроструктурный анализ образцов, сваренных взрывом при различных значениях Ц?2, показал, что суммарная толщина диффузионных прослоек с увеличением растет. Так, например, если после отжига при 630°С и трехчасовой выдержки она составляет 63 и 74 мкм, то после десятичасовой выдержки -115 и 130 мкм при энергозатратах на пластическую деформацию при сварке

0,23 и 0,26 МДж/м". При энерговложении в зону соединения 0,17 и 0,20 МДж/м2 после отжига при 630°С в течение 5 часов средняя толщина прослойки со стороны никеля составляла 64 и 75 мкм, а после отжига при той же температуре в течение 10 часов она составила 86 и 110 мкм

Результаты математической обработки экспериментальных данных представлены в таблице 1.

В четвертой главе приведены результаты исследований, касающихся как условий формирования покрытий №/№2А13 на поверхности стали СтЗ, так и их термической стабильности.

Предложена следующая последовательность операций технологического процесса получения покрытия из алюминидов никеля:

1. Изготовление биметаллической заготовки (никель-подложка).

2. Обработка давлением, позволяющая получать на подложке требуемую толщину никеля.

3. Нанесение на никелевый слой биметаллической заготовки алюминиевого слоя толщиной, достаточной для его самопроизвольного отделения от диффузионной зоны на границе №-А1 при охлаждении после термообработки.

4. Термообработка, обеспечивающая в результате твердофазной диффузии формирование слоистого №/№2А13 покрытия заданной толщины.

Такая последовательность операций комплексного технологического процесса позволяет реализовать высокую прочность сцепления покрытия с основой и максимально приблизить форму получаемого материала или полуфабриката к форме готового изделия.

Установлено, что горячая прокатка полученного сваркой взрывом биметалла сталь СтЗ+никель НП2 при температуре 870°С обеспечивает дробную деформацию составляющих его слоев, обусловленную их практически одинаковым сопротивлением деформированию при температуре прокатки, что позволяет формировать на стальной подложке подслой никеля необходимой толщины.

После нанесения на никелевый слой биметаллической заготовки НП2+СтЗ слоя алюминия АД1, термическую обработку, обеспечивающую формирование между алюминием и никелем интерметаллидных прослоек №А13 и №2А13, при температуре 600°С в течение 1 - 10 ч. (рис. 5)._

»*■'

N1

>£ -

СтЗ

»Ь

1: * "_

¿3

№А1;

е;

№АЬ

№

ч, *

№

СтЗ

у *» '"

ч

_

¿К

СтЗ

а б в

Рис. 5. Микроструктура зоны соединения композита СтЗ+НП2+АД1 после сварки взрывом (а) и отжига при температуре 600 в течение 1 (б) и 10 (в) (х500).

В ходе выполнения экспериментов по термообработке 3-слойных СКМ

было установлено, что при охлаждении композитов с толщиной диффузионной зоны более 30 мкм в ряде случаев происходит разрушение прослойки со стороны алюминия (фаза N1А13) и самопроизвольное отделение алюминиевого слоя. Наиболее вероятной причиной этого явления являются термические напряжения, возникающие на межслойной границе из-за разницы в коэффициентах термического линейного расширения слоев, составляющих композит (рис. 5, в).

Для их оценки на первом этапе использовали стандартную методику, применяемую для расчета термобиметаллических пружин. При этом были сделаны следующие допущения: толщины никелевого и интерметаллидного слоя пренебрежительно малы по сравнению с толщиной стальной основы и алюминия; температура стали и алюминия равномерна по толщине; температурная зависимость КТЛР и модуля упругости отсутствует.

Значения напряжений оценивали по следующим зависимостям:

(а,-а,)Д( Г 1 1 (5,+5 г)Е,у 1

ии 1 1 [б, 2 (£,У,+£272)

и,8, Е2 82 J

(а,-а2)д? " 1 1 (б,+52)£2у 1

1 + 1 1 б2 2(£,У,+£2У2)

и.«. Е252)

где 5, и 52, а, и а2, Е\ и Ег- толщина, КТЛР, модуль упругости алюминия и стали соответственно; Дг - температурный градиент; у - текущая координата;./] и 72 -моменты инерции сечений верхнего и нижнего слоев относительно нейтральной линии (на единицу ширины),

(5, + я)3 ■

(б 2 + а)3 + <

3 ' ' 3

а - расстояние от границы раздела до нейтральной линии

Ег К'

2(Е,6, +£,5,)' Результаты расчета представлены на рис. 6

СХ,МЛа.

20 о -20 -40 -60 -80 -100 -120

______

ОаЛ

1 2 3 4

гг

НЬ

Рис. 6. Термические напряжения, возникающие на границе соединения биметаллического элемента алюминий-сталь при его охлаждении.

ческих напряжений методом конечных

Их анализ свидетельствует о следующем. Максимальные растягивающие напряжения, возникающие в алюминиевом слое, реализуются при соотношении толщин слоев алюминия и стали к <0,1 и к > 4. Уровень этих напряжений не превышает предела текучести алюминия при комнатной температуре.

Для верификации полученных данных проводили расчет терми-элементов с использованием пакета

прикладных программ COMSOL Multiphysics. Сравнительный анализ полученных данных показал, что значения напряжений вблизи границы раздела слоев, рассчитанные по первому и второму вариантам, практически одинаковы.

Использование COMSOL Multiphysics позволило ввести в расчет тонкие слои никеля и диффузионной зоны. На рис. 7 представлены результаты расчета термических напряжений при различных значениях к (толщина никеля и диффузионной зоны (50/50 мкм)).

- ЛІ —»

\ 4Ni Diffusion zone

ч

8І Steel

°-10 10 20 30 Stress tensor 40 50 60 70 80 x component (MPa)

Mi Al

steel: Diffusion zone

Stress tonsor. к componont (MPaJ

в

10 20 3D 40 50 И 70 ВО tensor, и component (МРз)

где Рис. 7. Эпюры термических напряжений по всему сечению (а, б, в) и отдельно в тонких прослойках (г, д, е) после охлаждения с температуры 600°С (выдержка 5 ч.) СКМ СтЗ+НП2+АД] при к равном 0,07 (а, г), 2 (б, д), 5 (в, е).

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что при значениях к = 0,07 и к = 5 в диффузионной прослойке возникают растягивающие напряжения, превышающие, согласно литературным данным, их предел текучести при ком-

полу-данных с результатами эксперимента показало, что при к = 0,07 термические напряжения величиной 87 МПа достаточны для разрушения слоистого композита по слою ин-терметаллида №А13 и самопроизвольного отделе-

|№А1з1 fNiAbp*'

ЕЙ"

Рис. 8. Микроструктура СКМ СтЗ+НП2+АД1 после охлаждения с температуры 600°С (выдержка 5 ч.), обеспечивающей формирование диффузионной зоны, при к равном 0,07 (о) и 2 (б) х500. ния алюминиевого слоя. При к = 2 и величине напряжений 24 МПа во всем диапазоне толщин диффузионной прослойки (вплоть до 250 мкм) разрушения

не наблюдалось (рис. 8).

Моделирование кинетики фазовых превращений на межслойной границе покрытия №/№2А13 осуществляли при его нагреве до температуры 1000°С. Обработка полученных экспериментальных данных позволила представить ее в следующей последовательности: №/№2А13—> №/№А1/№2А13 —> №/№А1 —> №/№3А1 ->№(А1) (рис. 9).

а б в

Рис. 9. Микроструктура покрытия №/№2А13 на подложке из стали СтЗ после отжига при температуре 1000°С в течение 2 (а), 4 (б) и 100 часов (в) (х500).

Для оценки влияния температуры на кинетику фазовых превращений были проведены нагревы покрытия до 950 и 900°С. Сравнительный анализ полученных экспериментальных данных позволил установить следующее. Снижение температуры с 1000 до 900°С существенно замедляет кинетику фазовых превращений. Так, если при 1000°С для фазового перехода №2А13 —► №А1 достаточно 4 часов, №А1 —> №3А1 - 30 часов, то при 900°С - 15 и 150 часов, соответственно.

Зависимость продолжительности фазовых превращений от толщины слоя №2А13 сходна с соответствующей зависимостью от температуры. Так, увеличение толщины №2А13 с 50 до 70 мкм позволило при 1000°С увеличи ть продолжительность фазового перехода №2А13-> №А1 с 4 до 8 часов, №А1 —> №3А1 с 30 до

Полученные экспериментальные данные послужили основой для моделирования процесса формирования покрытий из алюмини-дов никеля заданного химического состава в результате которого были получены зависимости для расчета толщины никелевого слоя, необходимой для полной трансформации слоистого покрытия №/№2А13 в алюми-

58 часов, а №3А1 ->№(А1) с 320 до 628 часов.

8^*10! -----

Рис.10. Зависимость толщины никелевого слоя, необходимого для формирования интерметаллидов №А1 и №3А1, от толщины интерметаллида №гА1з.

ниды никеля №А1 или №3А1:

где 5МИ(] - толщина прослойки NІ2Alз; р„гЛ,,- плотность интерметаллида №2А13; уЧ^м, _ массовая доля алюминия в интерметаллиде №2А13; - массовая доля никеля в интерметаллиде №2А13; 5М- толщина никелевого слоя; р„,- плотность никеля; и уЦЦ'Л1- массовая доля алюминия и никеля в интерметаллиде N¡ ,А1; у"м' и у<т' ' массовая доля алюминия и никеля в интерметаллиде №А1.

Их анализ свидетельствует о том, что величины 8™ и 3"'>м однозначно определяются толщиной интерметаллидного слоя N¡2А 1ч (рис. 10), которая, в свою очередь, зависит от температурно-временных условий термообработки трехслойного СКМ.

Пятая глава посвящена изучению теплофизических свойства никель-алюминиевых и интерметаллидных композитов; оценке срока службы №/№2А13 покрытий при температурах 700-1000°С, разработке научных рекомендаций по их применению для изготовления заготовок и изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Установлено, что изменение эффективной теплопроводности при термической обработке полученных сваркой взрывом с последующей прокаткой СКМ связано с их структурно-механической неоднородностью (повышенной плотностью дислокаций, появлением диффузионных прослоек) и может быть рассчитано по закону аддитивности. Диффузионная зона в никель-алюминиевом слоистом интерметаллидном композите обладает теплопроводностью в несколько раз меньшей, чем у металлов, ее образующих (рис. 11).

Значительная разница в теплофизических свойствах основных и диффузионных слоев, приводящая к анизотропии теплопроводности, позволяет повысить равномерность распределения температурного поля в композиционных конструкциях. Полученные экспериментальные значения коэффициентов Ядз, ¿сик, Ащ, ЯА, (рис. 11), и выявленную кинетику формирования диффузионных зон, целесообразно учитывать в процессе конструирования никель-алюминиевых слоистых интерметаллидных композитов с заданными теплофи-зическими свойствами.

к

Вт/(м.К) 200

Рис. І I. Теплопроводность биметалла АД1+НП2 и его составляющих:

/ - алюминий, 2 - никель, 3 - СКМ,

150

расчет по правилу аддитивности, 4-7-

1

биметалл после сварки взрывом и после отжига при 600°С 1,5,10 часов. 8-Ю диффузионная зона после отжига

100

3

4 5

50

2

б 7

600°С, 1,5,10 часов.

8 9 10

/ / /

Расчетную оценку срока службы покрытий при температурах 700 и 800°С осуществляли на базе имеющихся данных по кинетике фазовых превращений в слоистых №/№2А13 покрытиях при температурах 900-1000°С.

При этом в качестве исходных посылок было принято следующее.

1. Последней фазой, которая будет трансформироваться и исчезать в результате диффузионных процессов, будет фаза №3А1. После ее исчезновения, содержание алюминия в покрытии уменьшается до критического уровня, и покрытие больше не будет защитным.

2. Скорость роста новой фазы в широком диапазоне температур характеризуется параметром К, совпадающим по размерности и пропорциональным коэффициенту диффузии

где К0 - предэкспоненциальный множитель, не зависящий от температуры и характеризующий скорость роста новой фазы при ее бесконечно большой величине; Ер - энергия активации роста новой фазы значение которой определяется энергией, затрачиваемой на перемещение атомов вещества из одного положения равновесия в другое; Я - газовая постоянная; Т- абсолютная температура.

Установлено, что срок службы покрытия складывается из времени, затраченного на фазовый переход №2А13—>№А1, №А1—*№3А1 и №3А1—► №(А1).

В соответствии с выполненным прогнозом полученное в результате реализации предложенного нами способа слоистое покрытие М1/№2А13 при толщине составляющих 50+50 мкм может служить около 350 часов при 1000°С, 1800 часов при 900°С, 13000 часов при 800°С и 130000 часов при 700°С.

На основе проведенных исследований разработаны научные рекомендации по изготовлению заготовок и изделий с повышенной жаростойкостью и термическим сопротивлением.

Разработан способ получения и конструкция композиционного многоканального алюминиево-никелевого теплообменного элемента, предназначенного для использования в криогенных, химических, энергетических установках и т.п. (патент РФ №2399471).

Разработан способ получения слоистых №/№2А1-| покрытий (заявка на изобретение №2012118293, приоритет от 03.05.2012 г.) на поверхности стальных деталей. Предложенный способ не требует применения дорогостоящего оборудования и позволяет получать покрытия с высокими эксплуатационными свойствами. На уровне изобретений (патенты РФ №119680, 119866) разработаны способы получения и конструкции композиционных изделий с внутренними полостями, предназначенных для работы в окислительных газовых средах, с различными вариантами расположения жаростойких покрытий применительно к условиям эксплуатации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Структура сформировавшихся при сварке взрывом участков оплавленного металла на межслойных границах №-А1 СКМ представляет собой дисперсные интерметаллидные включения №А13 и №2А13 в матрице из твердого раствора на основе алюминия. Диффузионные прослойки, формирующиеся при термообработке, на первом этапе повторяют контур оплава, а затем по мере увеличения времени выдержки «поглощают» его, выравнивая свой стехиомет-рический состав: со стороны никеля образуется алюминид №2А13, а со стороны алюминия - №А1з. Микротвердость прослоек практически не зависит от темпе-ратурно-временных режимов термообработки и составляет, в среднем: 9,4 ГПа у №2А1з и 6,5 ГПа - у №А13. Рост диффузионной зоны происходит, в основном, за счет изменения толщины слоя никеля. Интенсивность роста диффузионной зоны определяется температурно-временными условиями нагрева и степенью дефектности кристаллического строения металлов на их межслойной границе.

2. Охлаждение трехслойного (сталь-№-А1) композита после отжига, обеспечивающего формирование на границе никель-алюминий диффузионной зоны, состоящей из двух прослоек (№А1з и №2А13) толщиной более 30 мкм, приводит к самопроизвольному отделению алюминиевого слоя в результате разрушения интерметаллидной прослойки со стороны алюминия (фаза №А1з), обусловленного действием растягивающих напряжений, превышающих ее предел текучести при соотношении толщин слоев алюминия и (никель + сталь) к <0,1 и к > 4, и формированию на стальной основе слоистого №/№2А1з покрытия.

3. Фазовые превращения в слоистых №/]\Ч2А13 покрытиях при высокотемпературных нагревах идут в следующей последовательности >Л/№2А1з—► №/№А1/№2А13 —> №/№А1 —► №/№3А1 —>№(А1). Увеличение температуры и времени эксплуатации покрытия приводит к выравниванию градиента концентрации и, в конечном итоге, к формированию на стальной основе покрытия, представляющего собой никелевый аустенит. При этом содержание алюминия в покрытии может уменьшиться до критического уровня, не обеспечивающего формирование защитной оксидной пленки А1203.

4. Сроком службы жаростойкого слоистого (>Л/№2А13) покрытия управляет взаимная диффузия между наружным (№2А13) и внутренним (№) слоем. При прочих равных условиях увеличение температуры или уменьшение толщины интерметаллидного слоя №2А13 приводит к существенному снижению длительности фазовых переходов, приводящих к деградации покрытия за счет снижения концентрации алюминия у его поверхности. При температуре 700°С покрытие может служить около130000 ч, при 800°С - 13000 ч, при 900°С - 1800 ч и при 1000°С — 350 ч.

5. Теплопроводность СКМ системы №-А1, полученных сваркой взрывом, определяется их структурно-механической неоднородностью. Наличие зоны максимального упрочнения у границы раздела слоев приводит к снижению теплопроводности по сравнению с равновесным состоянием. Теплопроводность диффузионной зоны, формирующейся при температурах интенсивной диффузии (2,3-2,7 Вт/мхК), значительно отличается от теплопроводности металлов

(90,9 Вт/мхК - никель НП2 и 237 Вт/мхК - алюминий АД1), образующих слоистый интерметаллидный композит. Близкие значения расчетных коэффициентов теплопроводности диффузионных зон, полученные для образцов с различным объемным наполнением интерметаллидами, подтверждают возможность использования для интерметаллидных композитов системы Ni-Al методики расчета теплопроводности, основанной на правиле аддитивности.

6. Полученные результаты послужили основой для разработки способа получения и конструкция композиционного многоканального алюминиево-никелевого теплообменного элемента, предназначенного для использования в криогенных, химических и энергетических установках, а также способов получения и конструкций композиционных изделий с внутренними полостями, предназначенных для работы в окислительных газовых средах, с различными вариантами расположения жаростойких покрытий. Все полученные технические решения защищены патентами РФ.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

Журнальные статьи из списка ВАК:

1. Шморгун, В.Г. Кинетика диффузионных процессов в никель-алюминиевой композиции / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин, В.В. Метелкин, А.И. Богданов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2008. - № 4. - С. 24-28. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. - 2009.-Vol. 50. - №. 3. - pp. 286-289.

2. Шморгун, В.Г. Влияние термического и силового воздействия на кинетику диффузии в слоистых композитах на основе алюминия / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин, А.И. Богданов // Материаловедение. -2011. -№9. - С.7-10.

3. Трыков, Ю.П. Закономерности формирования структурно-механической неоднородности при сварке взрывом алюминия с никелем / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов, О.В. Слаутин, В,Н. Арисова, А.Н. Зинченко// Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 11(59)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2009,- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 3).- С. 11-15.

4. Шморгун, В.Г. Влияние термического и силового воздействия на кинетику роста диффузионной прослойки в никель-алюминиевом композите / В.Г, Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин, А.И. Богданов, А.Е. Битюцких // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 11(59)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2009.- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 3).- С. 15-19.

5. Трыков, Ю.П. Тонкая структура и микромеханические свойства сваренного взрывом никель-алюминиевого композита / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, В.Н. Арисова, А.И. Богданов, О.В. Слаутин, Е.В. Золотарев // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4(64)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2010,- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 4).- С. 42-45.

6. Шморгун, В.Г. Структура и свойства покрытий из интерметаллидных Ni-Al соединений, полученных по комплексной технологии / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, В.Н. Арисова, Е.А. Семакова // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 5(78)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2011,- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 5).- С. 8-11.

7. Шморгун, В.Г. Формирование структуры диффузионной зоны СИК системы Ni-Al в присутствии жидкой фазы / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, В.Н. Арисова// Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 5(78)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2011,- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 5). -С.11-13.

8. Шморгун, В.Г. Исследование теплофизических свойств слоистого интерметал-лидного композита системы Al-Ni / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, Д.В. Про-

ничев, O.B. Слаутин// Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 5(78)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2011.- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 5). -С.22-26.

9. Шморгун, В.Г. Влияние высокотемпературной термообработки на трансформацию структуры гибридных покрытий Ni/Ni2Al3 / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, Л.М. Гуревич// Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 9(96)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2012.- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 6).-С. 50-54.

10. Шморгун, В.Г. Оценка термических напряжений в СКМ СтЗ+НП2+АД1/ В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, М.Д. Трунов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 9(96)/ ВолгГТУ,- Волгоград, 2012,- (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении»; вып. 6). - С. 61-64.

Остальные публикации

11. П. м. 85856 РФ, МПК В 32 В 15/20, В 23 К 101/14. Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 27.04.2009, №2009115950/22; Опубл. 20.08.2009

12. П. м. 86899 РФ, МПК В 23 К 20/08, В 23 К 101/14. Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 27.04.2009, № №2009115950/22; Опубл. 20.09.2009

13. Пат. 2373036 РФ, МПК В 23 К 20/08, С 23 С 26/00. Способ получения износостойкого покрытия/Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 20.05.2008, №2008120078/022; Опубл. 20.11.2009

14. П. м. 90734 РФ, МПК В 32 В 15/20, В 23 К 20/08, В 23 К 101/14. Композиционный теплообменник с внутренними полостями /Ю.П. Трыков, С.П. Писарев, Л.М. Гуревич, В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин, В.Ф. Казак, А.И. Богданов, О.С. Киселёв, A.C. Сергиенко; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет».-№2009136363/22; заявл. 30.09.2009; опубл. 20.01.2010, Бюл. №2.

15. Пат. 2391191 РФ, МПК В 23 К 20/08. Способ получения износостойких локры-тий/Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 10.03.2009, № 2009108774/02; Опубл. 10.06.2010

16. Пат. 2399471 РФ, МПК В 23 К 20/08, В 32 В 15/01. Способ получения композиционных алюминиево-никелевых изделий с внутренними полостями сваркой взрывом /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 30.09.2009, № 2009136309/02; Опубл. 20.09.2010

17. П. м. 97820 РФ, МПК F 28 D 7/00. Композиционный теплообменник с внутренними полостями /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, №2010118652/02; Опубл. 20.09.2010

18. П. м. 97821 РФ, МПК F 28 D 7/00. Биметаллический теплообменник с внутренними полостями /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов, и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, № 2010118653/06; Опубл. 20.09.2010

19. П. м. 98166 РФ, МПК В 23 К 101/14. Композиционный цилиндрический теплообменник с внутренними полостями /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, № 2010118650/02; Опубл. 10.10.2010

20. Пат. 2424883 РФ, МПК В 23 К 20/08, В 32 К 101/04. Способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, № 2010118584/02; Опубл. 27.07.2011

21. Пат. 2425739 РФ, МПК В 23 К 20/08, В 32 К 101/04. Способ получения цилиндрических композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, № 2010118583/02; Опубл. 10.08.2011

22. Пат. 2425740 РФ, МПК В 23 К 20/08, В 32 К 101/04. Способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 07.05.2010, № 2010118661/02; Опубл. 10.08.2011

23. П. м. 107993 РФ, МПК В 23 К 20/08. Теплозащитный экран /Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 03.05.2011,2011117673/02; Опубл. 10.09.2011

24. П. м. 119680 РФ, МПК В 32 В 15/20, В 23 К 20/08, В 23 К 101/14. Многослойный теплообменник с внутренними полостями/ Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов Волг; Заявл. 04.05.2012, № 2012118870/05; Опубл. 27.08.2012

25. П. м. 119866 РФ, МПК F 28 С 3/12. Многослойный теплообменник с внутренними полостями/ Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов и др. Волг; Заявл. 04.05.2012, № 2012118870/05; Опубл. 27.08.2012

26. Шморгун, В.Г. Комплексная технология получения покрытий на основе алю-минидов никеля/ В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, Е.А. Семакова // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 4 т. Т.2. Химия и технология материалов, включая наноматериалы: тез. докл.- Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011.- С. 666.

27. Шморгун, В.Г. Структура и свойства слоистых композитов системы никель-алюминий / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин, В.В. Метелкин, А.И. Богданов // Новые перспективные материалы и технологии их получения НПМ-2007: сб. науч. тр. между-нар. конф., Волгоград, 9-12 окт. 2007 г. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2007. - С. 240-241.

28. Трыков, Ю.П. О взаимодействии оплавленного металла с диффузионной прослойкой в СКМ алюминий-никель / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов, О.В. Слаутин // Новые перспективные материалы и технологии их получения НПМ-2010; сб. науч. тр. V Международной конференции/ Волгоград, гос. техн. ун-т.- Волгоград.: ИУНЛ ВолгГТУ, 2010.-С. 211-212.

29. Шморгун, В.Г. Диффузионные процессы в никель-алюминиевом композите/ В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, А.Н. Зинченко// Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. н.-пр. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008 г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2008. - С. 141-144.

30. Трыков, Ю.П. Химическая микронеоднородность в сваренных взрывом никель-алюминиевых композитах / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов, О.В. Слаутин, Е.А. Семакова // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции, г. Камышин, 22-23 декабря 2010 г.: в 5 т. - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011.-С.66-69.

31. Шморгун, В.Г. Исследование теплофизических свойств алюминидов никеля / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, А.И. Богданов, Д.В. Проничев, О.В. Слаутин, Е.А. Семакова, A.A. Брунилин // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции, г. Камышин, 22-23 декабря 2010 г.: в 5 т. - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011.-С.74-77.

32. Шморгун, В.Г. Исследование микромеханических свойств и кинетики диффузионных процессов в слоистом композите системы Ni-Al / В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин, А.И. Богданов, А.Н. Зинченко // Наука и устойчивое развитие : сб. ст. III всерос. науч. конф. / Кабард.-Балкар. регион, отд. Рос. союза молодых учёных. - Нальчик, 2009. - С. 291-295.

33. Трыков, Ю.П. Исследование характеристик тонкой структуры слоистого композита системы Al-Ni, полученного сваркой взрывом / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов, О.В. Слаутин, А.Н. Зинченко, Е.В. Золотарев// Наука и устойчивое развитие: Сборник статей IV Всероссийской научной конференции. - Нальчик: Издательство «Принт Центр», 2010. - С. 222-224.

34. Богданов, А.И. Исследование влияния деформации изгиба на кинетику диффузии в композите состава алюминий АД1 + никель НП1 + алюминий АД1 / А.И. Богданов, О.В. Слаутин, Ю.П. Трыков // XII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 13-16 ноября 2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волго-

град, 2008.-С. 183-184.

35. Богданов, А.И. Диффузионное взаимодействие в слоистых композициях системы Ni-Al / А.И. Богданов, А.Н. Зинченко, В.Г. Шморгун, Ю.П. Трыков, О.В. Слаутин // XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 11-14 ноября 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 162-163.

36. Богданов, А.И. Влияние энергетических параметров сварки взрывом на структуру и свойства ОШЗ биметалла алюминий АД1+никель НП1 / А.И. Богданов, Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин // XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 10-13 ноября 2009 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. -Волгоград, 2010. - С. 137-139.

37. Богданов, А.И. Влияние напряжений на кинетику роста диффузионной прослойки в биметаллах систем Cu-Al, Ni-Al и Mg-Al / А.И. Богданов, Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин // XV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области:, тезисы докладов / Волгоград, гос. техн. ун-т; редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. -Волгоград, 2011.-С. 114-115.

38. Семакова Е.А. Исследование влияния режимов термообработки на структуру, фазовый состав и свойства интерметаллидных покрытий системы Al-Ni / Е.А. Семакова, В.Г. Шморгун, А.И. Богданов И XVI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / Волгоград, гос. техн. ун-т; редкол.: В.И. Лысак (отв. ред.) [и др.].-Волгоград, 2011.-С. 170-172.

Личный вклад автора:

Все выносимые на защиту научные и практические результаты получены автором самостоятельно или совместно с научным руководителем.

Работы [3, 5, 30, 33, 36] посвящены изучению закономерностей формирования структурно-механической неоднородности в сваренных взрывом никель-алюминиевых композитах. Работы [1, 6, 28, 29, 32, 35] посвящены исследованию процессов формирования на межслойных границах диффузионных прослоек. В работах [2, 4, 34, 37] автором изучено влияние упругопластической деформации на микромеханические свойства и кинетику диффузии в никель-алюминиевых композитах. Работы [8, 31] посвящены изучению теплофизиче-ских свойств никель-алюминиевых СКМ.

В работах [6, 9, 10, 26, 38] обобщены результаты исследований структуры, фазового состава и свойств покрытий, полученных новым методом.

Созданию изделий различного функционального назначения и определению механических и специальных свойств, в которых автор принимал непосредственное участие, посвящены работы [11-25, 27].

Введение.

Глава I. Свойства и методы получения А1-1Ч1 соединений и покрытий на их основе.

1.1 Диаграмма состояния и ингерметаллидные соединения системы А1

1.1.1 Диаграмма состояния А1-№.

1.1.2 Свойства интерметаллидных соединений системы алюминий-никель и легированных композиций на их основе.

1.2 Методы получения и свойства интерметаллидных покрытий системы А1-№.

1.2.1 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).

1.2.2 Напыление и наплавка.

1.2.3 Механическое легирование (механосинтез).

1.2.4 Комбинированные методы.

1.3 Реактивная диффузия как процесс образования интерметаллидных соединений на границе разнородных металлов и сплавов.

1.3.1 Условия образования интерметаллидов между разнородными металлами и сплавами.

1.3.2 Взаимодействие алюминия с никелем.

1.3.3 Особенности соединений, полученных сваркой взрывом.

1.4 Принципы конструирования жаростойких покрытий.

Выводы по I главе и постановка задач исследования.

Глава II. Материалы, оборудование и методы исследования.

2.1. Исследуемые материалы.

2.1.1 Алюминий.

2.1.2 Никель.

2.2. Методика проведения исследований.

2.2.1 Сварка взрывом двух- и многослойных СКМ.

2.2.2 Методика прокатки СКМ.

2.2.3 Проведение термической обработки.

2.2.4 Приготовление шлифов.

2.2.5 Металлографические исследования.

2.2.6 Измерение микротвердости.

2.2.7 Исследование процессов диффузии.

2.2.8 Рентгеноструктурный анализ.

2.2.8.1 Качественный фазовый анализ.

2.2.8.2 Определение параметров тонкой структуры.

2.2.9 Исследование топографии поверхности участков оплавленного металла.

2.2.10 Методика нагружения никель-алюминиевого композита по нормали к зоне соедииения.

2.2.11 Методика проведения испытания на изгиб.

2.2.12 Методика изучения теплопроводности.

2.2.13 Моделирование полей температурных напряжений методом конечных элементов.

2.3 Обработка результатов эксперимента.

Выводы по главе II.

Глава III. Исследование диффузионных процессов в никельалюминиевых СКМ.

3.1 Закономерности формирования фазового состава участков оплавленного металла при сварке взрывом алюминия с никелем.

3.2 Влияние параметров сварки взрывом на тонкую структуру никель-алюминиевых СКМ.

3.3 Кинетика диффузионных процессов в никель-алюминиевых СКМ.

3.3.1 Кинетика формирования диффузионной зоны.

3.3.2 Определение направления преимущественного массопереноса при нагреве никель-алюминиевых СКМ.

3.3.3 Взаимодействие оплавленного металла с диффузионной зоной.

3.3.4 Формирование структуры диффузионной зоны в присутствии жидкой фазы.

3.4 Влияние термического и силового воздействия на кинетику роста диффузионной зоны в никель-алюминиевых композитах.

3.4.1 Влияние степени обжатия при холодной прокатке.

3.4.2 Влияние знака и интенсивности нагрузки, приложенной по нормали к границе соединения.

3.4.3 Влияние деформации изгиба на кинетику роста диффузионной зоны.

Выводы по главе III.

Глава IV. Структура и свойства слоистых Ni/Ni2Al3 покрытий.

4.1 Влияние сварки взрывом и обработки давлением на структуру и свойства биметалла сталь-никель.

4.2 Формирование слоистого Ni/Ni2Al3 покрытия.

4.3 Оценка термических напряжений в СКМ СтЗ+НП2+АД1.

4.4 Влияние высокотемпературной термообработки на трансформацию структуры слоистых покрытий Ni/Ni2Al3.

Выводы по главе IV.

Глава V. Свойства слоистых интерметаллидных композитов системы алюминий-никель.

5.1. Исследование теплопроводности слоистого интерметаллидного композита системы Al-Ni.

5.2 Способ получения композиционных теплозащитных алюминиевоникелевых изделий с внутренними полостями.

5.3. Способ получения жаростойких покрытий Ni/Ni2Al3 на стальных поверхностях.

5.4. Оценка срока службы Ni/Ni2Al3 покрытия.

Выводы по главе V.

Необходимость повышения эксплуатационной надежности и срока службы высокотехнологичных изделий энергетического машиностроения, работающих в экстремальных условиях - при высоких и сверхвысоких температурах в агрессивных средах и при эрозионных воздействиях, ставит задачу разработки принципиально новых материалов.

Решение этой задачи ведется в двух направлениях совершенствование имеющихся конструкционных материалов путём их легироваиия, оптимизации структуры, создания композиций сложного состава и формирование на поверхности материалов функциональных защитных покрытий.

В последнее время наиболее интенсивно развивается второе направление, обеспечивающее надёжную работу элементов газотурбинных установок и ракетных двигателей различного назначения, изготавливаемых в виде композиции из жаропрочного сплава и защитного жаростойкого или теплозащитного покрытия.

Среди жаростойких покрытий, обеспечивающих защиту материалов в окислительных средах при температурах до 1200°С, весьма эффективными являются покрытия из алюминидов никеля, высокие защитные свойства которых основаны на способности поверхностного слоя этих покрытий окисляться с образованием защитной плёнки па основе окисла алюминия А1203.

Разработке методов получения материалов для таких покрытий, технологий их нанесения и исследованию их свойств посвящены работы Ж.М. Бледновой, Б.А. Гринберг, E.H. Каблова, В.И. Калиты, С.Д. Калошкина, Э.В. Козлова, C.B. Косицына, В.В. Кудинова, Е.А. Левашова, А.Г. Мержанова, КБ. Поваровой, А.Д. Погребняка, Н.Б. Пугачевой, Г.Н. Соколова, S.C. Deevi, J.A. Hearley, Z.-K. Liu, К. Morsi, J.R. Nicholls, M. Salehi, C. Sierra, D.F. Susan, F. Wang, Z.D. Xiang и ряда других отечественных и зарубежных исследователей.

Богданов А. И.Кандидатская диссертацияВведение

Анализ опубликованных работ показал, что наряду с широко используемыми методами (СВС, напыление, наплавка, механосинтез и др.) все большую актуальность приобретают комбинированные методы обработки, позволяющие получать слоистые покрытия, например, «никель + алюминид никеля». В таких покрытиях каждый слой несет определенную функциональную нагрузку: слой никеля предотвращает проникновение атомов алюминия в основу и обеспечивает высокую адгезию покрытия к подложке, а алюминид никеля защищает основу от окисления за счет образования оксидной пленки А1203.

Создание в последние годы нового класса конструкционных материалов - слоистых интерметаллидных композитов (.Ю.П. Трыков, В.Г.

Шморгун, JI.M. Гуревич и др.) и разработка комплексных технологических процессов их получения, включающих операции сварки взрывом (СВ), обработки давлением (ОД) и высокотемпературной термообработки (ВТО), открывает возможности формирования слоистых покрытий из практически любого сочетания металлов и сплавов.

Вопросам формирования диффузионных прослоек в слоистых композитах на основе алюминия посвящены работы A.A. Батаева, Л.М.

Гуревича, C.B. Кузьмина, JI.H. Ларикова, В.И. Лысака, В.Р. Рябова, Ю.П.

Трыкова, В. М. Фальчеико, Д. А. Фридлянда, В.Г. Шморгуна, D. J. Harach,

G.A. López, S. Sommadossi, К. S. Vecchio, P. Zieba и др. Однако, несмотря на достигнутые успехи, до сих пор остаются недостаточно изученными вопросы влияния температурио-времепиых условий термообработки па кинетику диффузионного взаимодействия в зоне соединения алюминий-никель, фазовый состав образующихся диффузионных слоев и их свойства.

Кроме того, в литературе практически отсутствуют сведения, касающиеся влияния высокотемпературных нагревов на процессы межфазного взаимодействия на границе раздела компонентов слоистых покрытий. Исследование этого и других вопросов, связанных с высокотемпературным воздействием на трансформацию структуры и свойств 6

Богданов А. И.Кандидатская диссертацияВведение покрытий системы Al-Ni, представляет большой интерес, как для научных, так и для производственных целей.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном определении деформационно-силовых и температурпо-временных условий, обеспечивающих создание с помощью сварки взрывом, обработки давлением и термообработки жаростойких интерметаллидных покрытий системы Ni-Al.

Экспериментально установлено, что структура сформировавшихся при сварке взрывом участков оплавленного металла на межслойных границах NiAl СКМ представляет собой дисперсные интерметаллидные включения NiAl3 и МгА^ в матрице из твердого раствора на основе алюминия. Формирующиеся при термообработке диффузионные прослойки, на первом этапе повторяют контур оплава, а затем, по мере увеличения времени выдержки, «поглощают» его, выравнивая свой стехиометрический состав: со стороны никеля образуется алюминид Ni2Al3, а со стороны алюминия - NiAl3.

Показано, что охлаждение трехслойного композита СтЗ+НП2+АД1 после отжига, обеспечивающего формирование диффузионной зоны толщиной более 30 мкм, приводит к самопроизвольному отделению алюминиевого слоя в результате разрушения интерметаллидной прослойки по фазе NiAl3, обусловленного действием растягивающих напряжений, превышающих ее предел текучести при соотношении толщин слоев алюминия и (никель + сталь) к < 0,1 и к > 4.

Установлено, что начальная толщина покрытия М2А13 является параметром, контролирующим кинетику фазовых превращений, ее увеличение сопровождается ростом продолжительности фазового перехода Ni/Ni2Al3—> Ni/NiAl/Ni2Al3 Ni/NiAl —> Ni/Ni3Al —>Ni(Al) и толщины никелевого слоя, необходимого для его реализации. Увеличение температуры и времени эксплуатации покрытия приводит к выравниванию градиента концентрации и, в конечном итоге, к формированию на стальной подложке покрытия, представляющего собой никелевый аустенит.

Богданов А. И.Кандидатская диссертацияВведение

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-техническими программами и грантами:

Создание метода получения защитных покрытий на основе алюмипидов никеля для высокотехнологичных изделий аэрокосмической техники с целью повышения их ресурса и надежности, снижения стоимости при производстве и применении» (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», 2009 - 2013 гг.); «Создание научных основ производства функциональных и конструкционных материалов нового поколения - слоистых интерметаллидных композитов, обладающих уникальными теплофизическими и жаропрочными свойствами» (АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы», 2009-2011 гг.);

Создание теоретических основ получения нового класса конструкционных материалов - слоистых интерметаллидных композитов с градиентными физико-механическими свойствами» (Грант МК-218.2010.8 Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых-кандидатов наук, 2010-2011 гг.)

Создание научных основ и разработка комплексных технологий производства нового класса конструкционных и функциональных материалов - слоистых интерметаллидных композитов с уникальными жаропрочными, коррозионными и теплофизическими свойствами» (Грант РФФИ 07-08-96607 рповолжьеа, 2007-2009 гг.);

Разработка моделей и методов расчета прочности неоднородных систем и создаиие теоретических основ оптимизации проектирования слоистых интерметаллидных композитов с уникальными жаропрочными и теплофизическими характеристиками» (Грант РФФИ 08-08-00056-а, 2008-2010 гг.);

Разработка научных основ формирования, создаваемых высокоэнергетическими методами, слоистых интерметаллидных композиционных систем» (Грант РФФИ 10-08-00437-а, 2010-2012 гг.);

Разработка физико-химических основ проектирования композиционных систем с учетом трансформации структурно-химической 8

Богданов А. И.Кандидатская диссертацияВведение неоднородности составляющих элементов» (Грант РФФИ 11-08-97021-рповолжьеа, 2010-2012 гг.).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 162 наименования, и приложения. Основная часть работы содержит 175 страниц машинописного текста, 83 рисунка, 24 таблицы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Структура сформировавшихся при сварке взрывом участков оплавленного металла на межслойных границах М-А1 СКМ представляет собой дисперсные интерметаллидные включения №А13 и МьА13 в матрице из твердого раствора на основе алюминия. Диффузионные прослойки, формирующиеся при термообработке, на первом этапе повторяют контур оплава, а затем по мере увеличения времени выдержки «поглощают» его, выравнивая свой стехиометрический состав: со стороны никеля образуется алюминид ИьА13, а со стороны алюминия - ТМ1А13. Микротвердость прослоек практически не зависит от температурно-временпых режимов термообработки и составляет, в среднем: 9,4 ГПа у №2А13 и 6,5 ГПа - у М1А13. Рост диффузионной зоны происходит, в основном, за счет изменения толщины слоя никеля. Интенсивность роста диффузионной зоны определяется температурно-временными условиями нагрева и степенью дефектности кристаллического строения металлов на их межслойной границе.

2. Охлаждение трехслойного (сталь->Л-А1) композита после отжига, обеспечивающего формирование на границе никель-алюминий диффузионной зоны, состоящей из двух прослоек (№А13 и №2А13) толщиной более 30 мкм, приводит к самопроизвольному отделению алюминиевого слоя в результате разрушения интерметаллидной прослойки со стороны алюминия (фаза №А13), обусловленного действием растягивающих напряжений, превышающих ее предел текучести при соотношении толщин слоев алюминия и (никель + сталь) £<0,1 и к > 4, и формированию на стальной основе слоистого М1/ЪП2А13 покрытия.

3. Фазовые превращения в слоистых >Л/МьА13 покрытиях при высокотемпературных нагревах идут в следующей последовательности

Ы12А13-^ ШМА1/№2А13 -> №/№А1 №/М13А1 ^№(А1). Увеличение температуры и времени эксплуатации покрытия приводит к выравниванию градиента концентрации и, в конечном итоге, к формированию на стальной основе покрытия, представляющего собой никелевый аустенит. При этом

157 содержание алюминия в покрытии может уменьшиться до критического уровня, не обеспечивающего формирование защитной оксидной пленки А1203.

4. Сроком службы жаростойкого слоистого (Ni/Ni2Al3) покрытия управляет взаимная диффузия между наружным (Ni2Al3) и внутренним (Ni) слоем. При прочих равных условиях увеличение температуры или уменьшение толщины интерметаллидпого слоя Ni2Al3 приводит к существенному снижению длительности фазовых переходов, приводящих к деградации покрытия за счет снижения концентрации алюминия у его поверхности. При температуре 700°С покрытие может служить около 130000 ч, при 800°С- 13000 ч, при 900°С - 1800 ч и при 1000°С-350 ч.

5. Теплопроводность СКМ системы Ni-Al, полученных сваркой взрывом, определяется их структурно-механической неоднородностью. Наличие зоны максимального упрочнения у границы раздела слоев приводит к снижению теплопроводности по сравнению с равновесным состоянием. Теплопроводность диффузионной зоны, формирующейся при температурах интенсивной диффузии (2,3-2,7 Вт/м><К), значительно отличается от теплопроводности металлов (90,9 Вт/мхК - никель НП2 и 237 Вт/м><К -алюминий АД1), образующих слоистый иптерметаллидный композит. Близкие значения расчетных коэффициентов теплопроводности диффузионных зон, полученные для образцов с различным объемным наполнением интерметаллидами, подтверждают возможность использования для интерметаллидных композитов системы Ni-Al методики расчета теплопроводности, основанной на правиле аддитивности.

6. Полученные результаты послужили основой для разработки способа получения и конструкция композиционного многоканального алюминиево-никелевого теплообменного элемента, предназначенного для использования в криогенных, химических и энергетических установках, а также способов получения и конструкций композиционных изделий с внутренними полостями, предназначенных для работы в окислительных газовых средах, с различными вариантами расположения жаростойких покрытий. Все полученные технические решения защищены патентами РФ.

1. Хансен, М. Структуры двойных сплавов. В 2 т. Т. 1 / М. Хансен, К. Андерко. - М. : Металлургиздат, 1962. - 1188 с.

2. Эллиот, Р. П. Структуры двойных сплавов. В 2 т. Т. 2 / Р. П. Элиот. М. : Металлургия, 1970.-472 с.

3. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник. В 3 т. Т. 1 / под общ. ред. Н. П. Лякишева. М. : Машиностроение, 1996. -992 с.

4. Robertson, I. М. Ni5Al3 and the nickel-aluminum binary phase diagram / I. M. Robertson, С. M. Wayma // Metallography. 1984. - № 17. - P. 43-55.

5. Ковалев, О.Б. Металлохимический анализ реакционного взаимодействия в смеси порошков никеля и алюминия / О. Б. Ковалев, В. А. Неронов // Физика горения и взрыва. 2004. - Т. 40. - № 2. - С.52-60.

6. ASM Handbook Committee: ASM Handbook, Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park, OH. 1999. - V. 3. - P. 249.

7. Okamoto, H. Al-Ni (Aluminum-Nickel) / H. Okamoto // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2004. - Volume 25. - № 4. - P. 394.

8. Чуларис, А. А. Исследование переходной зоны взаимодействия никеля с алюминием в условиях пайки / А. А. Чуларис, Г. В. Чумаченко, П. И. Селезнев // Вестник ДГТУ. 2006. - Т. 6.-№ 2 (29). - С. 103 - 109.

9. SGTE, Landolt-Bornstein, New Series.- IV/19В.- 2002.- P. 182-187.

10. Высокотемпературные материалы и покрытия на основе интерметаллидов системы никель-алюминий/ К. И. Портной и др. // Порошковая металлургия.- 1980,- №2 (206).- С. 33-39

11. Desai, V. Materials for high-temperature protection/ V. Desai // Journal of Materials Engineering and Performance. January 2006. - Volume 58. -m-P. 15-16.

12. Hultgren, R. Selected values of the thermodynamic properties of binary alloys/ R, Hultgren et al. Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1973.-1435 p.

13. Иванько, А. А. Твёрдость: справочник/ А.А. Иванько; под ред. Г. В. Самсонова; Ин-т проблем материаловедения.- Киев: Наукова думка, 1968.127 с.

14. Синельникова, В. С. Алюминиды/ В. С. Синельникова, В. А. Подерган, В. Н. Речкин.- Киев: Наукова думка, 1965.-243 с.

15. Влияние подготовки расплава на структуру и свойства интерметаллидного сплава на основе Ni3Al / Б. В. Николаев и др.// Известия АН СССР. Металлы.- 1991.-№1,- С. 104-200.

16. Stone, Н. Е. N. The oxidation resistance and hardness of some intermetallic compounds / H. E. N. Stone// Journal of Materials Science. 1974. -Volume 9. - P. 607-613.

17. Гринберг, Б. А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение / Б. А. Гринберг, М. А. Иванов.- Екатеринбург: УрО РАН, 2002,- 358 с.

18. Каблов, Е. Н. Литейные конструкционные сплавы на основе алюминида никеля / Е. Н. Каблов, О. Г. Оспенникова, О. А. Базылева // Двигатель. 2010. - № 4 (70). - С. 22-26.

19. Analysis of chill-cast NiAl intermetallic compound with copper additions/ J. Colin et ai. II Journal of Materials Engineering and Performance.-October 2002.- Volume 11,- №5.- p. 487-491.

20. Microstructure and mechanical properties of multicomponent aluminum alloy by rapid solidification/ C. Li et ai. //Journal of Materials Engineering and Performance. February 2009. - Volume 18. - №1. - P. 79-82.

21. The correlation between dendritic microstructure and mechanical properties of directionally solidified hypoeutectic Al-Ni alloys / M. V. Canté et аГ. II Metals and Materials International. Volume 16. - №1. - February 2010. - P. 3949.

22. Belomytsev, M. Yu. Stability of composite materials NiAl refractory metal with cellular structure / M. Yu. Belomytsev, D. A. Kozlov // Metal Science and Heat Treatment.- Volume 48.-№ 5-6.-2006.- P.255-260.

23. Microstructural development in Al-Ni alloys directionally solidified under unsteady-state conditions/ M. V. Cante et al\ II Metallurgical and Materials Transactions A. July 2008. - Volume 39A. - P. 1712-1726.

24. Блинов, A. M. Механохимический синтез алюминидов никеля с добавками переходных металлов: автореф. дис. .канд. физ.-мат. наук / А. М. Блинов.-М., 2003.- 18 с.

25. Long-term oxidation of an as-cast Ni3Al alloy at 900°C and 1100°C /D. Lee et al. // Metallurgical and Materials Transactions A. July 2005. -Volume 36A. - P. 1855-1869.

26. Wang, F. High temperature oxidation and corrosion resistant nanocrystalline coatings/ F. Wang, S. Geng // Surface Engineering. 2003. -Volume 19.-№1.-P. 32-36.

27. Characterization of high-temperature abrasive wear of cold-sprayed FeAl intermetallic compound coating/ C.-J. Li et al\ И Journal of Thermal Spray Technology. September 2010. - Volume 20. - №1-2. -P. 227-233.

28. Богданов Л. PI.Кандидатская диссертацияЛитература

29. Ni3Al intermetallic particles as wear-resistant for Al-base composites processed by powder reinforcement metallurgy/ C. Diaz et al. // Metallurgical and Materials Transactions A. October 1996. - Volume 27A. - P. 3259-3266.

30. Пугачева, H. Б. Влияние химического состава и технологии нанесения алюминидных покрытий на характер повреждений при эксплуатации/ Н. Б, Пугачева // Упрочняющие технологии и покрытия.- 2009. -№11.-С. 37-48.

31. Мержанов, А. Г. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса/ А.Г. Мержанов.- Черноголовка: Территория, 2003.368 с.

32. Итгш, В. И. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений/ В. И. Итин, 10. С. Найбороденко. Томск: Издательство томского университета, 1989. - 214 с.

33. Шкодич Н. Ф. Формирование кристаллической структуры интерметаллидов в механоактивированных системах Ni-Al, Ti-Al в процессе СВС / Н. Ф. Шкодич и др. // Известия РАН. Серия физическая.-2007,- Т.71.-№5.- С.674-676.

34. Мягков, В.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и твердофазные реакции в двухслойных тонких пленках / В. Г. Мягков и др. // Журнал технической физики .- 1998,- Т.68.-№10.- С. 58-62.

35. Morsi, К. Review: reaction synthesis processing of Ni-Al intermetallic materials / K. Morsi // Materials Science and Engineering. 2001. - Volume A299.-P. 1-15.

36. Morsi, K. Simultaneous combustion synthesis (thermal explosion mode) and extrusion of nickel aluminides / K. Morsi, S. O. Moussa, J. J. Wall// Journal of Materials Science. 2005. - Volume 40. - P. 1027 - 1030.

37. Morsi, K. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of rotator mixed and mechanically alloyed Ni/Al powder compacts / K. Morsi, S. Shinde, E. A. Olevsky// Journal of Materials Science. 2006. - Volume 41. - P. 5699-5703.

38. Богданов А. И.Кандидатская диссертацияЛитература

39. Effect of reactant and product melting on self-propagating reactions in multilayer foils / E. Besnoin et at. II Journal of Applied Physics. November 2002,-Volume 92. - №9. - P. 5474-5481.

40. Fan, Q. Dissolution-precipitation mechanism of self-propagating high-temperature synthesis of mononickel aluminide/ Q. Fan, H. Chai, Z. Jin // Intermetallics.- 2001.- Volume 9.- P. 609-619.

41. Kim, H. Y. Reaction synthesis and microstructures of NiAl/Ni micro-laminated composites/ H. Y. Kim, D. S. Chung, S. II. Hong// Materials Science and Engineering. 2005. - Volume A396. - P. 376-384.

42. Investigations on the self propagating reactions of nickel and aluminum multilayered foils/ I. E. Gunduz et al\ II Applied Physics Letters.2008.- Volume 93.-P. 1-3.

43. Combustion synthesis reactions in cold-rolled Ni/Al and Ti/Al multilayers/ X. Qiu et al\ II Metallurgical and Materials Transactions A. July2009. Volume 40A. - P. 1541-1546.

44. Li, H.-P. Numerical study of the second ignition for combustion synthesizing Ni-Al compounds /Н.-Р. Li // Metallurgical and Materials Transactions A. September 2003. - Volume 34A. - P. 1969-1978.

45. Reaction synthesis of Ni/Ni3Al multilayer composites using Ni and Al foils: high-temperature tensile properties and deformation behaviour/ H. Wang et al. II Journal of Materials Processing Technology. 2008. - Volume 200. - P. 433440.

46. Zhu, II. X. Reactive processing of nickel-aluminide intermetallic compounds /Н. X. Zhu, R. Abbaschian // Journal of Materials Science. 2003. -Volume 38. - P. 3861 -3870.

47. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование/ В.В. Кудинов, Г.В. Бобров.- М.: Металлургия, 1992.-432 с.

48. Погребняк, А. Д. Структура и свойства покрытий из Al-Ni, нанесенных импульсной плазменной струей на подложку из стали / А. Д. Погребняк и др. // Физика и химия обработки материалов. 2004. - №2. -С. 45-49.

49. Погребняк, А. Д. Модификация свойств материалов и осаждение покрытий с помощью плазменных струй / А. Д. Погребняк, Ю. Н. Тюрин// Успехи физических наук.- 2005.- Т. 175.- №5.- С.515-544.

50. Reactive spraying of nickel-aluminide coatings / S.C. Deevi et al. //Journal of Thermal Spray Technology. September 1997. - Volume 6. - №3. - P. 335-344.

51. Sidhu, B.S. Degradation behavior of Ni3Al plasma-sprayed boiler tube steels in an energy generation system / B. S. Sidhu, S. Prakash // Journal of Materials Engineering and Performance. June 2005. - Volume 14. - №3.- P. 356362.

52. Опыт исследования и применения технологии нанесения детонационных покрытий / В.Ю. Ульяницкий и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук.- 2010.- т. 12,- №1(2).- С. 569575.

53. Нанесение покрытий из интерметаллидных Ni-Al соединений методом высокоскоростного воздушно-топливного напыления/ В.М. Кисель и др. // Авиационно-космическая техника и технология.-2009,- 10 (67).- С. 50-55.

54. Nanocrystalline NiAl coating prepared by HVOF thermal spraying/ M.H. Enayati et al\ //Journal of Thermal Spray Technology.- 2010.- Volume 20. -№3. P. 440-446.

55. Богданов A.M.Кандидатская диссертацияЛитература

56. Hearley, J.A. The effect of spray parameters on the properties of high velocity oxy-fuel NiAl intermetallic coatings / J.A. Hearley, J.A. Little, A.J. Sturgeon// Surface and Coatings Technology.- 2000.- №123,- P. 210-218.

57. Characterization of high-temperature abrasive wear of cold-sprayed FeAl intermetallic compound coating/ C.-J. Li et al. // Journal of Thermal Spray Technology. September 2010. - Volume 20. - №1-2. -P. 227-233.

58. Калита, В. И. Физика, химия и механика формирования покрытий, упрочненных наноразмерными фазами/ В. И. Калита//Физика и химия обработки материалов.-2007.-№2.-С.37-45.

59. Плазменные керметные покрытия с папоразмерным карбонитридом титана/ В. И. Калита и др. // Физика и химия обработки материалов.-2005.-№4.-С.46-57.

60. Lee, Н. Effects of gas pressure of cold spray on the formation of Albased intermetallic compound/ H. Lee, H. Shin, К. Ко // Journal of Thermal Spray Technology. January 2010. - Volume 19. - №1-2. - P. 102-109.

61. Formation of NiAl intermetallic compound by cold spraying of ball-milled Ni/Al alloy powder through postannealing treatment/ Q. Zhang et аГ\ II Journal of Thermal Spray Technology. December 2008. - Volume 17. - №5-6. -P. 715-720.

62. Choi, W.B. Modified indentation techniques to probe inelasticity in Ni-5%A1 coatings from different processes/ W.B. Choi et af. //Journal of Thermal Spray Technology. March 2009. - Volume 18. - №1. - P. 65-74.

63. Ding, Y. PVD NiAl intermetallic coatings: microstructure and mechanical properties IY. Ding // Surface and Coatings Technology.-1997.- № 9495.- P. 483-489.

64. Yu, Z. NiAl bond coats made by a directed vapor deposition approach / Z. Yu, D.D. Hass, H.N.G. Wadley// Materials Science and Engineering A.-2005.- №394,- P.43-52.

65. Соколов, Г. H. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей: монография /

66. Г.Н. Соколов, В.И. Лысак; ВолгГТУ. -Волгоград: РГЖ «Политехник», 2005. -284 с.

67. Каевицер, Е. В. Структурные и фазовые превращения при механохимическом синтезе интерметаллидных покрытий: автореф. дис. .канд. физ.-мат. наук /Е. В. Каевицер. М., 2010.- 24 с.

68. Coating of metals with intermetallics by mechanical alloying/ V. Zadorozhnyy et al\ll Journal of Alloys and Compounds.- 2011.- № 509S.- P. 507509.

69. Intermetallic coatings produced by mechanical alloying method / S. Kaloshkin et al\ II Frontiers in Mechanochemistry and Mechanical Alloying (INCOME2008).- P. 190-195.

70. Antolak, A. Phase transformations during mechanical alloying of nickel aluminides and subsequent heating of milling product/ A. Antolak, M. Krasnowski, T. Kulik// Rev.Adv.Mater.Sci.- 2004.- Volume 8.- P. 111-115.

71. Abbasi, M. Evolution of manufacturing parameters in Al/Ni3Al composite powder formation using blending and mechanical milling processes/ M. Abbasi, M. Azadbeh, S. A. Sajjadi // Journal of Materials Science. 2010. -Volume 45. - P. 4524-4531.

72. Wieczorek-Ciurowa, K. NiAl/Ni3Al A1203 composite formation by reactive ball milling/ K. Wieczorek-Ciurowa, K. Gamrat // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2005. - Volume 82. - P. 719-724.

73. Wadsworth, J. The evolution of technology for structural materials over the last 50 years / J. Wadsworth //Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. Volume 59. - №2. - February 2007. - P. 41-47.

74. Salehi, M. Effect of Ni-Al intermetallic sublayers on tribological properties of crystallised Ni-P coatings on aluminium substrates / M. Salehi // Surface Engineering. 1999. - Volume 15. - №1. - P. 45-48.

75. Крашешиишков, С. В. Упрочнение поверхностей стальных деталей путем формирования интерметаллидсодержащих покрытий / С. В.

76. Крашенинников, С. В. Кузьмин, В. И. Лысак // Перспективные материалы.-2004.- №2.- С.83-88.

77. Hot explosive compaction of aluminum-nickelide composites/ L.J. Kecskes et al. II Metallurgical and Materials Transactions A. March 2004. -Volume 35A.-P. 1125-1131.

78. Harach, D. J. Microstructure evolution in metal-intermetallic laminate (MIL) composites synthesized by reactive foil sintering in air / D. J. Harach, K. S. Vecchio// Metallurgical and Materials Transactions A. June 2001. - Volume 32A. -P. 1493-1505.

79. Effect of cold rolling and subsequent annealing on hot pressed Ni/Al laminates/ K. Mumtaz et at. II Journal of Materials Science. 2001. - Volume 36. -P. 3981-3987.

80. Bewlay, B.P. Refractory metal-intermetallic in-situ composites for aircraft engines / B.P. Bewlay, J.J. Lewandowksi, M.R. Jackson// Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. Volume 49. - №8.- August 1997. - P. 4445.

81. Vecchio, K. S. Synthetic multifunctional metallic-intermetallic laminate composites / K. S. Vecchio // Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. Volume 57. - №3. - March 2005. - P. 25-31.

82. Evolution of microstructure for multilayered Al/Ni composites by accumulative roll bonding process /G. Min et al\ II Materials Letters. 2006. -Volume 60. - P. 3255-3259.

83. Создание жаропрочного композиционного материала системы титан-железо/ Трыков Ю.П. и др. // Металловедение и прочность материалов: сб. науч. тр. / ВПИ. Волгоград, 1990. - С. 3-18.

84. Свойства слоистых иитерметаллидиых композиционных материалов системы Cu-Al, полученных по комплексной технологии/ Ю.П. Трыков и др. //Известия вузов. Цветная металлургия. 2004. - № 5.- С.51-55.

85. Комплексная технология изготовления слойпых композитов / Трыков Ю.П. и др. // Сборник научных докладов. Миасс, 1990. - С. 34-35.

86. Лысак, В.И. Сварка взрывом / В.И. Лысак, С.В.Кузьмин. М.: Машиностроение, 2005. - 544 с.

87. Трыков, Ю.П. Свойства и работоспособность слоистых композитов / Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун. Волгоград, ВолгГТУ, 1999. - 190 с.

88. Получение листовых композиций с помощью сварки взрывом и промежуточной прокатки / Бакума С.Ф. и др. // Цветные металлы. 1972. -№5.-С. 58-62.

89. Трыков, Ю. П. Диффузия в слоистых композитах: Монография/ 10. П. Трыков, Л. М. Гуревич, В. Н. Арисова; ВолгГТУ. Волгоград, 2006.-403 с.

90. Париков, JI.H. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке / Л.Н. Лариков, В.Р. Рябов, В.М. Фальченко. -М.: Машиностроение, 1975. 192 с.

91. Бугаков, В.З. Диффузия в металлах и сплавах / В.З. Бугаков. Л.: Гостехиздат, 1947. -212 с.

92. Богданов А.И.Кандидатская диссертацияЛитература

93. Лариков, Л.Н. Металлофизика / J1.H. Лариков, A.B. Лозовская, В.Ф. Полищук. Киев: Ыаукова думка, 1969. - 320 с.

94. Рябов, В.Р. Применение биметаллических и армированных стале алюминиевых соединений / В.Р. Рябов. - М.: Металлургия, 1975. - 287 с.

95. Бокиипейн, С.З. Диффузия в металлах / С.З. Бокштейн. М.: Металлургия, 1978. - 250 с.

96. Рябов, В. Р. Сварка алюминия и его сплавов с другими металлами / В.Р. Рябов. Киев: Наукова думка, 1983. - 264 с.

97. Лариков, Л. Н. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке / Л. Н. Лариков, В. Р. Рябов, В. М. Фальчепко. М.: Машиностроение, 1975.- 192 с.

98. Шморгун, В. Г. Влияние высокотемпературной термообработки на структуру и свойства медно-алюминиевого слоистого интерметаллидного композита/ В. Г. Шморгун и др. // Конструкции из композиционных материалов. 2007. - № 2. - С. 37-42.

99. Крашенинников, С. В. Исследование кинетики процесса контактного эвтектического плавления в сваренных взрывом титано-медно-стальных композитах /С. В. Крашенинников и др. //Перспективные материалы.- 2005.-№3,- С.75-80.

100. Гуревич, Л. М. Структурообразование в титано-алюминиевых композитах в присутствии жидкой фазы/ Л. М. Гуревич и др. // Журнал функциональных материалов.- 2008.- Т.2.- № 4.- С. 153-157.

101. Никитин, В. И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые / В. И. Никитин. -М. : Атомиздат, 1967. 422 с.

102. Савицкий, А. П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами/ А. П. Савицкий. Новосибирск: Наука, 1991.- 183 с.

103. Чуларис, А. А. Кинетика растекания алюминия на никеле в условиях пайки / А. А. Чуларис, Г. В. Чумаченко, П. И. Селезнев // Вестник ДГТУ. 2006. - Т. 6.-№ 2 (29). - С. 110-115.

104. Phase characterization of diffusion soldered Ni/Al/Ni interconnections/ G.A. Lopez et al. // Interface Science. 2002. - Volume 10. - P. 13-19.

105. Microstructure evolution during Ni/Al multilayer reactions/ S. Sim5es et aI\U EMC 2008 14th European Microscopy Congress 1-5 September 2008/-Aachen, Germany, 2008.- МЗ.- M3.1.- P. 487-488.

106. Formation and growth kinetics of intermediate phases in Ni-Al diffusion couples/ R. Xiao et al\ //Journal of Wuhan University of Technology -Material Science Edition. October 2009. - Volume 24. - №5. - P. 787-790.

107. Sauvage, X. Non-equilibrium intermixing and phase transformation in severely deformed Al/Ni multilayers / X. Sauvage, G.P. Dinda, G. Wilde // Scripta Materialia. 2007. - Volume 56. - P. 181-184.

108. Yang, T.Y. Interfacial reaction of infrared brazed NiAl/Al/NiAl and Ni3Al/Al/Ni3Al joints/ T.Y. Yang, S.K. Wu, R.K. Shiue // Intermetallics.- 2001.-Volume 9.- P. 341-347.

109. Природа фаз и кинетика реакционной диффузии в смеси порошков никеля и алюминия/ Ю. С. Найбороденко и др. // Известия вузов. Физика.- 1973.- №11.- С. 34-40.

110. Гаспарян, А. Г. Макрокинетика взаимодействия и тепловой взрыв в смесях порошков Ni и А1 / А. Г. Гаспарян, А. С. Штейнберг// Физика горения и взрыва,- 1988.- Т.24,- №3.-С. 67-74.

111. MacAskill, I. A. Reaction sintering of intermetallic-reinforced composite materials / I. A. MacAskill, D. P. Bishop// Journal of Materials Science. 2007. - Volume 42. - P. 4149-4158.

112. Phase transformations during rapid heating of Al/Ni multilayer foils/ J. C. Trenkle et al\ II Applied Physics Letters. 2008. - Volume 93.-№8.- P. 1-3.

113. Reaction diffusion and formation of Al3Ni and Al3Ni2 phases in the Al-Ni system/ S. B. Jung et al. II Journal of Materials Science Letters. 1993. -Volume 12.-P. 1484-1486.

114. Philpot, К. A. An investigation of the synthesis of nickel aluminides through gasless combustion / K. A. Philpot, Z. A. Munir, J. B. Holt // Journal of Materials Science. 1987. - Volume 22. - P. 159-169.

115. Structural study of a thermally diffused Al/Ni bilayer via x-ray absorption spectroscopy and x-ray photoelectron spectroscopy/ F. Chevrier et al. // Journal of Applied Physics. September 2001. - Volume 90. - №6. - P. 27182724.

116. Kyriakopolous, A. Reactive interaction of molten aluminum and solid nickel / A. Kyriakopolous, M. Lynn, R. Ghomashchi// Journal of Materials Science Letters. 2001. - Volume 20. - P. 1699 - 1701.

117. Седых, В. С. Особенности микронеоднородности сваренных взрывом соединений / B.C. Седых // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: сб. науч. тр. / ВПИ. Волгоград, 1975. - С. 3-39.

118. Мовчаи, Б. А. Микроскопическая неоднородность в литых сплавах / Б. А. Мовчан. Киев: Гостехиздат, 1962. - 340 с.

119. Петров, Г. Н. Неоднородность материала сварных соединений / Г. Н. Петров. Д.: Судпромиздат, 1963. - 125 с.

120. Корнилов, И. И. Металлиды и взаимодействие между ними / И. И. Корнилов. -М.: Наука, 1964. 180 с.

121. Молчанова, Е. К Диаграммы состояния титановых сплавов: атлас / Е. К. Молчанова. М.: Машиностроение, 1964. - 324 с.

122. Мальцев, М. В. Технология производства ниобия и его сплавов / М. В. Мальцев, А. И. Байков, В. Я. Соловьев. -М.: Металлургия, 1966. 174 с.

123. Susan, D. F. Reaction Synthesis of Ni-Al-Based Particle Composite Coatings/ D. F. Susan, W. Z. Misiolek, A. R. Marder// Metallurgical and Materials Transactions A. February 2001. - Volume 32A. - P. 379-390.

124. Susan, D. F. Ni-Al composite coatings: diffusion analysis and coating lifetime estimation/ D. F. Susan, A. R. Marder// Acta Materialia. 2001. - Volume 49.-P. 1153-1163.

125. Богданов А. И.Кандидатская диссертацияЛитература

126. A Phenomenological model for lifetime design of 1%А1з/№ hybrid coating formed on creep resistant ferritic steels / Z. D. Xiang et at. II Journal of Materials Science . 2011.-V. 47.-№ 1.-P. 257-266.

127. Degradation kinetics at 650°C and lifetime prediction of Ni2Al3/Ni hybrid coating for protection against high temperature oxidation of creep resistant ferritic steels / Z. D. Xiang et at. II Corrosion Science. 2011. - № 53. - P. 3426-3434

128. Колачев, Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов/ Б. А. Колачев, В. И. Елагин, В. А. Ливанов.- М.: МИСиС, 2005.- 432 с.

129. Смирягин, А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы /А. П. Смирягин, Н. А. Смирягина, А. В. Белова.- М.: Металлургия, 1974.- 488 с.

130. Оценка параметров соударения при сварке взрывом многослойных композиций / В. Г. Шморгун, А. П. Соннов, Ю. П. Трыков, И. А. Ковалев // Металловедение и прочность материалов: межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.-Волгоград, 1997.-С.20-25.

131. Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов / Я. Б. Фридман. -М.: Оборопгиз, 1946.-424 с.

132. Гильденгорн, М. С. Основные понятия и терминология в общей теории обработки металлов давлением / М. С. Гильденгорн, В. А. Шеламов. -М.: МИСиС, 1969.-73 с.

133. Беккерт, М. Способы металлографического травления/ М. Беккерт, X. Клемм.- М.: Металлургия, 1988.- 400 с.

134. Вашуль, X. Практическая металлография. Методы изготовления образцов / X. Вашуль; пер. с нем. В. А. Федоровича. М.: Металлургия, 1988. -320 с.

135. Лаборатория металлографии / Е. В. Панченко и др.; под общ. ред. Б.Г. Лившица. М.: Металлургия, 1965. - 440 с.

136. Дель, Г. Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости / Г.Д. Дель. -М.: Машиностроение, 1971. 199 с.

137. Кузнецов, В. Д. Поверхностная энергия твердых тел / В.Д. Кузнецов. М.: ГИТТЛ, 1954. - 220 с.

138. Григорович, В.К Твердость и микротвердость металлов / В. К. Григорович. -М.: Наука, 1976. -230 с.

139. Марковец, М. П. Определение механических свойств металлов по твердости / М. П. Марковец. М.: Машиностроение, 1979. - 191 с.

140. Глазов, В. М. Микротвердость металлов и полупроводников / В. М. Глазов, В. Н. Вигдорович. М.: Металлургия, 1969. - 248 с.

141. Годунов, С. К. О связи между макро- и микротвердостыо металлов / С. К. Годунов // Заводская лаборатория. 1958. - №4. - С.457 -470.

142. Новиков, В. Ф. О связи между микротвердостыо и пределом текучести / В.Ф. Новиков // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1969. - № 7. -С. 137.

143. Лисицын, В. Д. О связи между макро- и микротвердостыо металлов / В.Д. Лисицин // Заводская лаборатория. 1985. - №4. - С. 467 -470.

144. Гудков, А. А. Методы измерения твердости металлов и сплавов / A.A. Гудков, Ю.И. Славский. -М.: Металлургия, 1982. 168 с.

145. Металловедение и термическая обработка стали. Методы испытаний и исследования: справочник / под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

146. ГОСТ 9450 76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 9 с.

147. Бокштейн, Б. С. Атомы блуждают по кристаллу / Б.С. Бокштейн; под ред. Л.Г. Асламазова.-М.: Наука, 1984. -208 с.

148. Бокштейн, Б. С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах / Б.С. Бокштейн, С.З. Бокштейн, A.A. Жуховицкий. М.: Металлургия, 1974.-280 с.

149. Сахновская, Е.Б. Основные закономерности сварки взрывом сталеалюминевых соединений и исследование их свойств : автореф. дис. . канд. техн. наук/ Е. Б. Сахновская. Волгоград, 1974. -24 с.

150. Бугаков, В.З. Диффузия в металлах и сплавах / В.З. Бугаков. Л.: Гостехиздат, 1947.-212 с.

151. Русаков, А. А. Рентгенография металлов/ А. А. Русаков.- М.: Атомиздат, 1977.- 480 с.

152. Горелик, С. С. Рентгенографический и электрониооптический анализ/ С.С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. М.: МИСИС, 2002. -360 с.

153. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия/ Я. С. Уманский и др..- М.: Металлургия, 1982.- 632 с.

154. Миркин, Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов/ Л. И. Миркин.- М.: Физматгиз, 1961.- 863 с.

155. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение) / Пер. с нем. под ред. М.Е. Дрица, Л.Х. Райтбарга.- М.: Металлургия, 1979. 679 с.

156. Гмурман, В. Е. Теория вероятности и математическая статистика /

157. B. Е. Гмурман. -М.: Высшая школа, 1977. -479 с.

158. Степнов, М. Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний / М. Н. Степнов. М.: Машиностроение, 1972. -232 с.

159. Пустыльник, Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений / Е. И. Пустыльник. М.: Наука, 1968. - 288 с.

160. Герцрикен, С. Д. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе/

161. C. Д. Герцрикен, И. А. Дехтяр. -М.: Физматгиз. 1960.- 564 с.

162. Бобылев, А. В. Механические и технологические свойства металлов/ А. В. Бобылев,- М.: Металлургия, 1987.- 208 с.

163. Пономарев, С. Д. Расчет упругих элементов машин и приборов / С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева.- М.: Машиностроение, 1980.-326 с.

164. Богданов А. И.Кандидатская диссертацияЛитература

165. Бояршинов, С. В. Основы строительной механики / C.B. Бояршинов.- М.: Машиностроение, 1973.- 456 с.

166. Михеев, М. А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М. Михеева. -М.: Энергия, 1977.-344 с.