Институт металлургии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия:

Л. Ю. Удоева, ст. науч. сотр., эл. почта: lyuud@yandex.ru
В. М. Чумарев, гл. науч. сотр.; Л. И. Леонтьев, гл. науч. сотр.
Н. И. Сельменских, науч. сотр.

В работе принимали участие сотрудники ИМЕТ УрО РАН А. В. Ларионов и С. В. Жидовинова.

На примере иттрия и скандия рассмотрено влияние редкоземельных металлов на структурно-фазовое состояние сплава Nb – Si эвтектического состава. Рассчитаны отсутствующие в базах данных термодинамические характеристики соединений Nb, Y, Sc с кремнием и предложена термодинамическая модель для оценки фазового состава продуктов легирования сплава в интервале температур 100–3000 ^оС. Вакуумно-дуговой плавкой получен эвтектический сплав Nb – 18,7 % Si и на его основе — образцы, легированные иттрием (0,9–6,0 % (ат.)) и скандием (0,9–2,6 % (ат.)). По результатам рентгенофазового анализа порошков и срезов сплавов, электронно-оптических исследований и рентгеноструктурного микроанализа определены фазовый состав образцов, форма нахождения легирующих элементов и их распределение по структурным составляющим сплава. Показано, что легирование иттрием и скандием значительно повышает дисперсность микроструктуры, оказывает стабилизирующее действие на высокотемпературную фазу Nb₃Si и рафинирует сплав Nb – Si от примесей кислорода с образованием тугоплавких оксидов Y₂O₃ и Sc₂O₃.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект ОФИ_м № 13-03-12160) и Уральского отделения РАН (проект ОФИ № 13-3-014-ВНИИАМ).

1. Петрушин Н. В., Светлов И. Л., Оспенникова О. Г. Литейные жаропрочные никелевые сплавы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 15–19.
2. Bewlay B. P., Jackson M. R., Zhao J.-C., Subramanian P. R. A review of very-high-temperature Nb-silicide-based composites // Metallurgical and materials transactions A. 2003. Vol. 34A, No. 10. P. 2043–2052.
3. Гращенков Д. В., Щетанов Б. В., Ефимочкин И. Ю. Развитие порошковой металлургии жаропрочных материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2011. № 5. С. 13–26.
4. Jackson M. R., Bewlay B. P., Rowe R. G., Skelly D. W., Lipsitt H. A. High-temperature refractory metal-intermetallic composites // The Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 1996. Vol. 48, No. 1. P. 39–44.
5. Drawin S., Heilmaier M., Jehanno P. et al. The EU-funded «ULTMAT» project: Ultra high temperature materials for turbines // 25th Int. Congress of Aeronautical Sciences. 2006. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.icas.org/icas2006/papers/724.pdf.
6. Светлов И. Л., Абузин Ю. А., Бабич Б. Н., Власенко С. Я., Ефимочкин И. Ю., Тимофеева О. Б. Высокотемпературные ниобиевые композиты, упрочненные силицидами ниобия // Функциональные материалы. 2007. Т. 1, № 2. С. 48–53.
7. Stringer J. The reactive element effect in high-temperature corrosion // Material Science and Engineering. 1989. Vol. A120. P. 129–137.
8. Roine A. Chemical reactions and Equilibrium software with extensive thermochemical database and flowsheet simulation // HSC 6.0 Chemistry : Outokumpu research Oy. Pori. 2006. — 448 p.
9. Meschel S. V., Kleppa O. J. Standard enthalpies of formation of some 4d transition metal silicides by high temperature direct synthesis calorimetry // Journal of Alloys and Compounds. 1998. Vol. 274, Iss. 1/2. P. 193–200.
10. Shukla A., Kang Y.-B., Pelton A. D. Thermodynamic assessment of the Ce – Si, Y – Si, Mg – Ce – Si and Mg – Y – Si systems // International Journal of Materials Research. 2009. Vol. 100, Iss. 2. P. 208–217.
11. Topor L., Kleppa O. J. Standard enthalpy of formation of Sc5Si3 // Metallurgical Transactions B. 1989. Vol. 20, Iss. 6. P. 879–882.
12. Кубашевский О., Олкокк С. Б. Металлургическая термохимия. — М. : Металлургия, 1982. — 392 с.
13. Schlesinger M. E., Okamoto H., Gokhale A. B., Abbaschian R. The Niobium-Silicon System // Journal of Phase Equilibria. 1993. Vol. 14, No. 4. P. 502–509.
14. Jiang W., Zhan Y., Li C. et al. Phase equilibria in Nb–Y–Si ternary system at 873 K // Journal of Rare Earths. 2012. Vol. 30, No. 9. P. 934–940.
15. Котур Б. Я. Взаимодействие скандия с ниобием и кремнием (или германием) // Докл. АН УССР. Сер. физ.-мат. и техн. науки. 1986. № 1. С. 82–86.
16. Shiyu Q., Yafang H., Liquo S. Effect of alloing elements on phase stability in Nb – Si system intermetallics materials // Intermetallics. 2007. Vol. 15. P. 810–813.