Капиллярное взаимодействие расплава меди с плотной и пористой МАХ-фазой (Cr, Mn)2AlC

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе экспериментально исследовали взаимодействие расплава чистой меди с плотной МАХ-фазой (Cr, Mn)2AlC, полученной в результате спекания электроимпульсным плазменным методом, и пористой, компактированной прессованием при комнатной температуре. Пористая фаза (пористость 20 %) впитывает расплав меди при температурах выше 1200 °С. Измерена кинетика впитывания с использованием скоростных термо- и видео камер. Эксперименты проводили в вакууме 10–3 Па. Исследования методами сканирующей электронной микроскопии, микрорентгеноспектральным анализом и рентгеновской дифракции показали, что происходит химическое взаимодействие МАХ-фазы с расплавом меди с образованием раствора алюминия и хрома в меди и разложением МАХ-фазы до карбидов хрома (стабильных или метастабильных). Плотный, спечённый образец также активно взаимодействует с расплавом, хотя контактные углы смачивания составляют более 100°. Отличие пористого и плотного образцов заключается в кинетике взаимодействия. Результаты сравнивали с экспериментами по смачиванию МАХ-фазы Cr2AlC расплавом Cu (0.8 ат.%Cr), проведенными ранее. Описанные условия экспериментов и результаты определения химических и фазовых изменений в процессе капиллярного взаимодействия указывают на возможность создания композиционного материала с субмикронной структурой карбида хрома пропитанной алюминиевой бронзой.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Жевненко

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: mvg@misis.ru
Россия, Ленинский просп., 4, стр.1, Москва, 119049

М. В. Горшенков

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Автор, ответственный за переписку.
Email: mvg@misis.ru
Россия, Ленинский просп., 4, стр.1, Москва, 119049

Список литературы

  1. Sokol M., Natu V., Kota S. and Barsoum M.W. On the chemical diversity of the MAX phases // Trends in Chem. 2019. V. 1. № 2. P. 210–223.
  2. Lei X. and Lin N. Structure and synthesis of MAX phase materials: a brief review // Critical Rev. Solid State Mater. Sci. 2022. V. 47. № 5. P. 736–771.
  3. Горшков В.А., Милосердов П.А., Хоменко Н.Ю., Милосердова О.М. Литые керамические материалы на основе max фаз в системе: Mn-Cr-Al-C, полученные методом СВС / Живучесть и конструкционное материаловедение (ЖивКоМ-2020): Сб. трудов V Международной научно-технической конференции в дистанционном формате, Москва, 27–29 октября 2020 года. Москва: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, 2020. С. 90–91.
  4. Barsoum M.W., E-Raghy T. The MAX phases: Unique new carbide and nitride materials // Amer. Sci. 2001. V. 89. No. 4. P. 336–345.
  5. Barsoum M.W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases // Annu. Rev. Mater. Res. 2011. V. 41. P. 195–22

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента (a) и вид капли меди в видеокамере при высокой температуре в подвешенном состоянии (б) и лежащей на МАХ-фазе (Cr0.75Mn0.25)2AlC (в). На (г) изображен вид капли в термовизионной камере. Стрелки на (а) показывают измеряемый контактный угол.

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектр рентгеновской дифракции порошка (Cr0.75Mn0.25)2AlC после синтеза и очистки в водном растворе HCl.

Скачать (21KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры рентгеновской дифракции порошка (Cr0.75Mn0.25)2AlC после искрового плазменного спекания (нижний спектр) и взаимодействия с расплавом меди (верхний спектр).

Скачать (21KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электронно-микроскопические изображения поперечных шлифов спеченного, плотного образца (Cr0.75Mn0.25)2AlC под каплей меди (а, в, д) и пропитанной медью пористой подложки (б, г, е). а – капля меди и область изменения состава под ней (светлее в сравнении с областью МАХ-фазы); б – область, пропитанная медью (светлая). Впитавшаяся капля находилась непосредственно над верхним краем изображения; в, г – переходная область распавшейся и сохранившейся МАХ-фазы на плотном и пористом образцах соответственно; д, е – микроструктура области, непосредственно контактировавшей с медной каплей (для плотного и пористого образцов соответственно).

Скачать (194KB)
Метаданные
6. Рис. 5. СЭМ-изображение (а) и карты распределения хрома, алюминия, меди и марганца у фронта формирования и распространения расплава (б–в) внутри пористого (Cr0.75Mn0.25)2AlC после пропитки. Приведены МРСА-спектры для МАХ-фаз (г, спектр 1) и карбида хрома, содержащего марганец (д, спектр 2). Спектр на (е) получен с области расплава (прослойки между фазовыми составляющими 1 и 2).

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. СЭМ-изображение (а) и карты распределения хрома, алюминия, меди и марганца у поверхности контакта расплава с подложкой (б–в) внутри пористого (Cr0.75Mn0.25)2AlC после пропитки. Наблюдается только карбид хрома (с марганцем), расплав и фаза Al2O3.

Скачать (100KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Капли расплавов меди на поверхности плотных, спеченных МАХ-фаз (Cr0.75Mn0.25)2AlC (а) и Cr2AlC (б). Кинетика впитывания расплава меди в пористую фазу (Cr0.75Mn0.25)2AlC и изображения капель в процессе впитывания, а также контактный диаметр капли в процессе впитывания (в).

Скачать (61KB)
Метаданные