Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН, Хабаровск, Россия:

В. В. Гостищев, старший научный сотрудник лаборатории «Конструкционные и инструментальные материалы», эл. почта: V-gostishev@mail.ru
С. Н. Химухин, заведующий лабораторией «Конструкционные и инструментальные материалы»

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:

Е. Д. Ким, аспирант
Э. Х. Ри, заведующий кафедрой «Литейное производство и технология металлов»

Современные термостойкие материалы на никель-алюминиевой основе приобретают высокие эксплуатационные характеристики благодаря комплексному введению легирующих элементов, в том числе редкоземельных металлов. В статье представлены результаты получения многокомпонентных лигатур и комплексно-легированных никель-алюминиевых сплавов алюминотермией исходных оксидов металлов с добавками специальной лигатуры, содержащей церий и лантан. Дана термодинамическая оценка алюминотермических реакций восстановления исходных оксидов металлов. Показано, что термодинамические параметры реакций лежат в области, благоприятной для образования сплавов тугоплавких металлов. Найдено, что температура, развивающаяся в процессе плавки, обеспечивает возможность получения сплавов внепечным способом. Методом дифференциального термического анализа исследованы превращения в алюминотермических системах: NiO – Al, Cr₂O₃ – Al, МоО₃ – Al, WO₃ – Al, ТiO₂ – Al, V₂O₃ – Al. Установлено, что восстановление оксидов вступает в активную фазу после расплавления алюминия при ~659 ^оC и протекает по гетерогенному механизму, началу которого отвечает интервал 800–1100 ^оС. Определен состав шихты, который обеспечивает максимальный выход металлов в сплавы (82–93 % (мас.)). Отмечено, что при получении сплавов, особенно в случае синтеза композиционного сплава на основе интерметаллида системы Ni – Al, в состав шихты вводится избыток алюминия относительно расчетного. Методами рентгенофазового и элементного анализов установлен состав полученных сплавов. Исследована микроструктура: показано, что, например, лигатура № 1 представлена несколькими фазами, отличающимися соотношением алюминия, хрома, молибдена, вольфрама. В то время как в структуре лигатуры № 2 наряду с перечисленными фазами присутствуют титан, ванадий, церий, лантан в форме взаимных твердых растворов. Алюминидные сплавы имеют композиционную структуру: в никель-алюминиевой матрице распределены включения легирующих элементов в виде твердых растворов.
Исследования проводили на оборудовании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках государственных заданий № 11.7208.2017/7.8 и 11.3014.2017/4.6.

1. Гринберг Б. А., Иванов М. А. Интерметаллиды Ni₃Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение. — Екатеринбург : РАН, Урал. отд-ние. Ин-т физики металлов, 2002. — 359 с.
2. Berdovsky N. Y. Intermetallics Research Progress // Nova Science Publishers. 2008. — 290 p.
3. Ferro R., Saccone A. Intermetallic chemistry. Department of Chemistry, University of Genoa, Italy / ed. Robert W. — Cambridge : Cahn FRS Department of Materials Science and Metallurgy, University of Cambridge, 2008. — 786 p.
4. Поварова К. Б. Физико-химические принципы создания термически стабильных сплавов на основе алюминидов переходных металлов // Материаловедение. 2007. № 12. С. 20–27.

5. Поварова К. Б., Казанская Н. К., Дроздов А. А., Базылева О. А., Костина М. В., Антонова А. В., Морозов А. Е. Изучение влияния редкоземельных металлов на жаропрочность сплавов на основе Ni₃Al // Металлы. 2011. № 1. С. 55–63.
6. Milenkovic S., Schneider A., Frommeyer G. Constitutional and microstructural investigation of the pseudobinary NiAl – W system // Intermetallics. 2011. Vol. 19, No. 3. P. 342–349.
7. Enayati M. N., Karimzadeh F., Anvari S. Z. Synthesis of nanocrystalline NiAl by mechanical alloying // J. Mater. Proc. Technol. 2008. Vol. 200, No. 1–3. P. 312–315.
8. Скачков О. А., Поварова К. Б., Дроздов А. А., Морозов А. Е. Порошковые сплавы NiAl. II. Компактирование порошков NiAl, полученных разными методами // Металлы. 2012. № 3. С. 88–92.
9. Абузин Ю. А., Карашаев М. М. Исследование алюмотермических реакций в порошковых системах Nb₂O₅ (WO₃; MoO₃; Fe₂O₃; NiO) – Al после механической активации // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 7-4 (49). C. 6–9.
10. Слуцкий А. Г., Калиниченко А. С., Шейнерт В. А. Исследование процесса получения молибденсодержащей лигатуры методом внепечной металлургии // Наука и техника. 2012. № 4. С. 13–16.
11. Parsa M. R., Soltanieh M. On the formation of Al₃Ni₂ intermetallic compound by aluminothermic reduction of nickel oxide // Materials Characterization. 2011. Vol. 62. P. 691–696.
12. Ильиных С. А., Красиков С. А., Пономаренко А. А., Ситникова О. А., Гельчинский Б. Р., Крашаншиш В. А. Фазообразование при металлотермическом получении сплавов Аl – Ti – Ni – Мо // Сборник трудов 13-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий», 3–7 июня 2013. — Киев, 2013. С. 116–118.
13. Козловский Г. А., Махов С. В., Москвитин В. И., Попов Д. А. Оценка технологий производства лигатур алюминия с Ti, Zr и B из различного исходного сырья // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 53–56.
14. Perdomo L. et al. Obtención simultánea de ferromanganeso y materiales abrasivos por reducción aluminotérmica usando pirolusita sin tostación previa y residuos sólidos industriales // Minería y Geología. 2015. Vol. 31, No. 2. P. 95–112.
15. Padhan A. M. Enhanced magnetic properties of NiO powders by the mechanical activation of aluminothermic reduction of NiO prepared by a ball milling process // Journal of Magnetism & Magnetic Materials. 2016. Vol. 418. P. 253–259.
16. Лякишев Н. П., Плинер Ю. Л., Игнатенко Г. Ф., Лаппо С. И. Алюминотермия. — М. : Металлургия, 1978. — 424 с.
17. Гостищев В. В., Астапов И. А., Меднева А. В., Ри Хосен, Химухин С. Н. Получение легированных никелидов алюминия металлотермией оксидов металлов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 6. С. 63–69.