Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

В. В. Курбаткина, ведущий научный сотрудник Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (НУЦ СВС), эл. почта: vvkurb@mail.ru
Е. И. Пацера, научный сотрудник НУЦ СВС
Е. А. Левашов, директор НУЦ СВС, зав. кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий

Исследовано влияние добавки поваренной соли NaCl на параметры горения смеси Ni + Al. Хлорид натрия уменьшает тепловыделение, температуру и скорость горения. При высоком содержании NaCl (более 20 %) реакционная смесь не способна к горению в само поддерживающем режиме при Т₀ = Т_комн. Фазовый состав продуктов синтеза зависит от содержания NaCl в смеси: при концентрации более 15 % помимо NiAl образуется вторая фаза Ni₂Al₃. Показано, что активную роль в процессах структурообразования играют газообразные хлориды натрия и алюминия. Методом ИК-спектроскопии определены пики 466 и 569 см^–1, соответствующие Al – Cl. Образование NiAl начинается в зоне прогрева за счет инфильтрации летучих хлоридов из зоны горения, переходит в активную стадию в зоне горения и заканчивается зоне догорания. Хлорид натрия кристаллизуется в зоне догорания по границам зерен NiAl, затрудняя рекристаллизацию, что способствует формированию мелкозернистой структуры интерметаллида. Продукты синтеза, полученные из смесей с хлоридом натрия, гораздо легче измельчаются в узкофракционный порошок со средним размером частиц 5 мкм. Установленные закономерности открывают новые возможности получения порошков интерметаллидов заданных гранулометрического и фазового составов путем варьирования концентрации хлорида натрия, управления параметрами горения и последующего измельчения. Порошки фракции менее 10 мкм востребованы в аддитивных технологиях напыления и спекания, а также при получении компактных заготовок методами горячего изостатического прессования и искрового плазменного спекания.

Авторы выражают благодарность руководителю лаборатории рентгено-структурных исследований ИСМАН РАН Д. Ю. Ковалеву за помощь в проведении экспериментов по изучению стадийности фазовых превращений в волне горения.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», уникальный идентификатор проекта RFMEFI57817X0260, соглашение № 14.578.21.0260.

1. Косицын С. В. Сплавы и покрытия на основе моноалюминида никеля. — Екатеринбург : УрО РАН, 2008. — 377 с.
2. Итин В. И., Найбороденко Ю. С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений / под ред. А. Д. Коротаева. — Томск : Изд-во Томского университета, 1989. — 212 с.
3. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса / под ред. А. Г. Мержанова. — Черноголовка : Территория, 2003. — 368 с.
4. Гольдштейн М. И., Литвинов B. C., Бронфин Б. М. Металлофизика высокопрочных сплавов. — М. : Металлургия, 1986. — 312 с.
5. Левашов Е. А., Рогачев А. С., Курбаткина В. В. и др. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. — М. : МИСиС, 2011. — 377 с.
6. Seong-Cheol Jang, Byung Yong Lee, Suk Woo Nama, Hyung Chul Hama, Jonghee Han, Sung Pil Yoon, Seong-Geun Oh. New method for low temperature fabrication of NiAl alloy powder for molten carbonate fuel cell applications // International journal of hydrogen energy. 2014. Vol. 39. P. 12259–12265.
7. Manukyan Kh. V., Kirakosyan Kh. G., Grigoryan Y. G., Niazyan O. M., Yeghishyan A. V., Kirakosyan A. G., Kharatyan S. L. Mechanism of molten-salt-controlled thermite reactions // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2011. Vol. 50 (19). P. 10982–10988.
8. Амосов А. П., Самборук А. Р., Самборук А. А., Ермошкин А. А., Закамов Д. В., Криволуцкий К. С. Само распространяющийся высокотемпературный синтез нанопорошка карбида титана из гранулированной шихты // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 4. С. 31–38.
9. Shiryaev A. A. Thermodynamic of SHS: modern approach // Int. J. of SHS. 1995. No. 4. P. 351–362.
10. Morsi K. Review: reaction synthesis processing of Ni – Al intermetallic materials // Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 299. P. 1–15.
11. Ping Zhu, Li J. C. M., Liu C. T. Reaction mechanism of combustion synthesis of NiAl // Materials Science and Engineering: A. 2002. Vol. 329–331. P. 57–68.
12. Ding Chen, Gengli Chen, Song Ni, Gang Chen, Hongge Yan, Zhenhua Chen. Phase formation regularities of ultrafine TiAl, NiAl and FeAl intermetallic compound powders during solid – liquid reaction milling // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 457. P. 292–295.
13. Талако Т. Л., Витязь П. А., Лецко А. И., Григорьева Т. Ф., Ляхов Н. З., Яковлева М. С. Нанокомпозиционные порошки «интерметаллид/оксид», получаемые методом механоактивируемого самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2011. Т. 9, № 4. С. 971–977.
14. Витязь П. А., Ловшенко Ф. Г., Ловшенко Г. Ф. Механические сплавы на основе алюминия и меди. — Минск : Беларуская навука, 1998. — 351 с.
15. Касимцев А. В., Жигунов В. В. Фазовые и структурные превращения при получении порошков интерметаллидов // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2009. № 3. С. 5–12.
16. Kurbatkina V. V., Levashov E. A. Mechanoactivation of SHS // In book: Combustion of Heterogeneous Systems: Fundamentals and Applications for Materials Synthesis / ed. A. S. Mukasyan, K. S. Martirosyan. India: Transworld Research Network. 2007. P. 131–141.
17. Ляхов Н. З., Талако Т. Л., Григорьева Т. Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. — Новосибирск : Параллель, 2008. — 168 с.
18. Рогачев А. С., Кочетов Н. А., Курбаткина В. В., Левашов Е. А., Бернар Ф. Микроструктурные аспекты безгазового горения механически активированных смесей. Ч. 1. Высокоскоростная микровидеосъемка состава Ni + Al // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42, № 4. С. 61–70.
19. Григорьева Т. Ф. Механохимический синтез метаста бильных интерметаллических фаз и их реакционная способность : дис. … канд. хим. наук / ИФХиМССО АН СССР. — Новосибирск, 1988. — 156 с.
20. Пономарев В. И., Хоменко И. О., Мержанов А. Г. Лабораторный метод динамической рентгенографии // Кристаллография. 1995. Т. 40, № 1. C. 14–17.
21. Фурман А. А. Неорганические хлориды. — М. : Химия, 1980. — 416 с.
22. Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ. — М. : Дрофа, 2006. — 685 с.
23. Le Bozec N., Persson D., Nazarov A., Thierry D. Investigation of filiform corrosion on coated aluminum alloys by FTIR microspectroscopy and scanning kelvin probe // Journal of The Electrochemical Society. 2002. Vol. 149 (9). Р. B403–B408. DOI: 10.1149/1.1497172
24. Beattie J. K., De Bruyn H. Infrared spectra of solid aluminium chloride and bromide. Vibrational Spectroscopy. 1995. Vol. 8. Р. 461–463.