Влияние оксида циркония на теплофизические параметры процесса СВС в системе Ni-Al

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние оксида циркония на теплофизические параметры процесса СВС в системе Ni-Al

Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), открытый в 1967 г. в Институте химической физики Академии наук СССР под руководством академика А.Г. Мержанова [1], позволяет в режиме безгазового горения получать практически любые композиционные соединения, в том числе и с тугоплавкими металлами. Такая технологи СВС разработана в Китае и России, которая обеспечивает технологическую возможность регулирования фазового состава, размера зерна и пористости в ходе прямого СВС - спекания композитов типа интерметаллидов [2-3]. Уникальность метода СВС заключается в простоте его практической реализации, не требующей дорогостоящего энергоемкого плавильного оборудования. Таким образом, материалы на основе никелида алюминия, полученные методом СВС, являются актуальными для современного производства.

Для регистрации температуры и скорости фронта горения был использован быстродействующий программно-аппаратный комплекс визуализации тепловых полей волны горения СВС, который был реализован с помощью телевизионной измерительной системы наносекундного разрешения, цифровой канал обработки сигнала, включающий в себя коррекцию шумов фотоприемника и калибровку яркости по вольфрамовому эталону ТРУ - 1100. Для определения температуры волны горения СВС применялись методы яркостной и спектрально-яркостной пирометрии, основное отличие которой состоит в том, что за счет применения встроенной самокалибровки она становится нечувствительной к изменению излучательной способности нагретых частиц порошка в ходе реакции СВС. Скорость волны горения определялась время - пролетным методом и методами тепловизионной хроноскопии наносекундного разрешения с помощью стрик-камеры «ВидеоСпринт - Nano Gate». Этот прибор позволяет проводить измерения времяпролетным методом интегральных и локальных скоростей, оценивать интегральное температурное распределение в двух точках, измерять температуру фронта горения с коррекцией на коэффициент перекрытия, определять среднюю скорость распространения волны горения СВС смеси дисперсных материалов, а так же измерять температурную динамику реакции высокоэнергетических смесей.

В работе рассматривается зависимость влияния инертной добавки ZrO₂ на теплофизические параметры процесса СВС и структуру полученных образцов. Эксперименты проводили с шихтой, полученной из смеси алюминия массовой доли 31,5% и никеля 68,5% при атмосферном давлении в кварцевой трубке и диаметром 16 мм. Для спекания были взяты порошки никеля марки ПНК-УТ1 дисперсностью от 2 до 15 мкм и алюминия марки ПА-4 со средним размером 50 мкм. В порошковую смесь с кажущейся плотностью 2,5 г/см³ добавлялась инертная добавка ZrO₂ с изменением градации до 30% с шагом 5%. В результате проведения экспериментов было синтезировано 7 образцов спеков. Результаты расчёта состава шихты образцов приведены в таблице.

высокотемпературный синтез инертный цирконий

Стехиометрия изготовленных образцов

Для исследования микроструктуры фронта горения СВС и измерения теплофизических параметров был использован диагностический комплекс, описанный в работах [4-6], позволяющий определять адиабатическую температуру и скорость фронта горения.

Установлена зависимость изменения скорости фронта горения и температуры от массовой доли инертной добавки ZrO₂. Зависимость положения фронта реакции от времени позволила получить выборку средних температур в волне горения на разных участках образцов. Уменьшение средних значений температур связано с увеличением инертной добавки оксида циркония, а также отличающимся условиями выделения и распределения тепла на участках разных образцов.

При изменении состава шихты с добавлением инертной добавки ZrO₂ скорость фронта волны СВС в системе NI-Al уменьшается пропорционально уменьшению температуры.

Зависимость теплофизических характеристик процесса СВС от массовой доли инертной добавки ZrO₂ в системе Ni-Al

Следует отметить, что температура и скорость волны горения СВС по-разному чувствительны к инертной добавке. Так, например, из рисунка 1а и 1б видно, что линейная зависимость температуры резко изменяется в интервале массовой доли инертной добавки от 0 до 15%, а у скорости этот интервал лежит в пределах от 0 до 15% и от 20 до 25%. Следовательно, имеется два различающихся критических значения состава шихты, соответствующих изменению механизмов переноса тепла и диффузии вещества в волне горения.

Выводы:

1. Обнаружена зависимость скорости и температуры волны горения СВС от массовой доли инертной добавки оксида циркония, которая говорит об их уменьшении с ростом добавления инерта.

2. Следует прогнозировать, что существует нижний предел плотности шихты, при разбавлении инертом, когда горение станет неустойчивым и синтез прекратится при некотором критическом значении деформации и уплотнении структуры порошка.

Литература

1. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение. Черноголовка: ИСМАН, 2000. 224 с.

2. Евсеев Ф.А., Алиев А.Э., Богданова Е.В., Санников Д.В. Исследование кинетики фазовых и структурных превращений сплава на основе никелида титана, полученного методом СВ-синтеза // Современные научные исследования и инновации, 2016. №10 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2016/10/72917/ (дата обращения: 09.11.2016).

3. Богданова Е.В., Гуляев П.Ю., Евсеев Ф.А., Имамов Р.Р., Милюкова И.В. Структурно-фазовые изменения продуктов СВС в системе Ni-Al при различной степени уплотнения исходной шихты // Современные научные исследования и инновации, 2016. №6 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2016/06/68821 (дата обращения: 15.11.2016).

4. Гуляев П.Ю., Долматов А.В. Физические принципы диагностики в технологиях плазменного напыления // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2009. Т. 11. №5-2. С. 382-385. 5. Бороненко М.П., Гуляев И.П. Гуляев П.Ю. и др. Измерение скорости и температуры частиц в потоке низкотемпературной плазмы // Известия высших учебных заведений. Физика, 2014. Т. 57. №3-2. С. 73-77.

6. Богданова Е.В., Бороненко М.П., Евсеев Ф.А., Юрукин П.А. Зависимость температуры и скорости горения волны СВ-синтеза от плотности шихты // Современная техника и технологии, 2016. №5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://technology.snauka.ru/2016/05/9935/ (дата обращения: 01.06.2016).

Размещено на Allbest.ru