Исследование физико-механических свойств интерметаллидных катализаторов, полученных в условиях СВС

Abstract

RU: Цель. Для получения алюминидов никеля наряду с традиционными методами литья и порошковой металлургии в последнее время стали использовать технологию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Необходимо установить закономерности формирования пористости и прочности интерметаллидных катализаторов при изменении режима СВС-процесса и степени легирования. Методика. В качестве исходных компонентов использовали чистые порошки никеля, алюминия, кобальта, меди, оксида марганца. Дисперсность порошков составляла 100–150 мкм. Схема приготовления шихты включала дозировку, смешивание, заполнение формы, СВС-прессование и термическую обработку. Механическую прочность образцов с покрытием определяли с помощью машины УГ-20. Испытания на сжатие проводили согласно ГОСТ 25.503-97. Термический анализ исследуемого образца проводили на приборе марки Derivatograph Q 1050. Микроструктуру полученных катализаторов исследовали на световом микроскопе «Neophot-21» и растровом электронном микроскопе «РЭМ-100». Результаты. Анализ результатов исследования физико-механических свойств интерметаллидных катализаторов показал, что они отличаются в зависимости от состава смеси и технологического режима их обработки. Различие в физико-механических свойствах катализаторов объясняется отличиями в структуре, фазовом составе, величине пористости и размере пор. C введением добавки марганца пористость катализатора увеличивается в результате увеличения объема крупных пор, а структура мелких капилляров при этом совсем не изменяется, что объясняется локализацией оксида марганца в порах катализатора. Однако с введением добавок марганца резко снижается механическая прочность заготовок, которая может быть увеличена, если Ni–Co–Mn катализатор дополнительно пролегировать медью. Важным преимуществом режима СВС является то, что прочность катализатора в 1,5 раза выше, чем у спеченных материалов при той же пористости. Высокие температуры процесса и низкое содержание примесей на границе зерен (из-за самоочистки) приводят к образованию сильных связей между зернами в поликристалле. Среднее значение удельной поверхности для всех исследованных проб катализатора равно 112 м2/г. Анализ дериватограммы исходного образца Ni–Co–Mn–-Cu зафиксировал прирост массы образца в диапазоне температур от 200–300 оС на 2 % мас. Научная новизна. Получены новые научные данные о влиянии режима СВС-процесса и степени легирования на пористость и прочность интерметаллидных катализаторов. Установлены параметры термической устойчивости интерметаллидных катализаторов. Практическая значимость. Установлены параметры СВС-прессования и уровни легирования на повышение пористости и пластичности интерметаллидных катализаторов.

UK: Мета. Для отримання алюмінідів нікелю поряд із традиційними методами лиття та порошкової металургії останнім часом стали застосовувати технологію саморозповсюджувального високотемпературного синтезу (СВС). Необхідно встановити закономірності формування пористості і міцності інтерметалідних каталізаторів при зміні режиму СВС-процесу і ступеня легування. Методика. Як вихідні компоненти використовували чисті порошки нікелю, алюмінію, кобальту, міді, оксиду марганцю. Дисперсність порошків становила 100–150 мкм. Схема приготування шихти включала дозування, змішування, заповнення форми, СВС-пресування і термічну обробку. Механічну міцність зразків визначали за допомогою машини УГ-20. Випробування на стиск проводили згідно з ГОСТ 25.503-97. Термічний аналіз досліджуваного зразка проводили на приладі марки Derivatograph Q1050. Мікроструктуру отриманих каталізаторів досліджували на світловому мікроскопі «Neophot-21» і растровому електронному мікроскопі «РЕМ-100». Результати. Аналіз результатів дослідження фізико-механічних властивостей інтерметалідних каталізаторів показав, що вони відрізняються залежно від складу суміші і технологічного режиму їх обробки. Різниця у фізико-механічних властивостях каталізаторів пояснюється відмінностями в структурі, фазовому складі, величині пористості та розмірі пор. З уведенням добавки марганцю пористість каталізатора збільшується в результаті збільшення обсягу великих пор, а структура дрібних капілярів при цьому зовсім не змінюється, що пояснюється локалізацією оксиду марганцю в порах каталізатора. Однак з уведенням добавок марганцю різко знижується механічна міцність заготовок, яка може бути збільшена, якщо Ni–Co–Mn каталізатор додатково пролегувати міддю. Важливою перевагою режиму СВС є те, що міцність каталізатора в 1,5 раза вища, ніж у спечених матеріалів при тій же пористості. Високі температури процесу і низький вміст домішок на границі зерен (через самоочищення) зумовлюють утворення сильних зв'язків між зернами в полікристалі. Середнє значення питомої поверхні для всіх досліджених проб каталізатора складає 112 м2/г. Аналіз дериватограми вихідного зразка Ni–Co–Mn–Cu зафіксував приріст маси зразка в діапазоні температур від 200–300 оС на 2 % мас. Наукова новизна. Отримано нові наукові дані про вплив режиму СВС-процесу і ступеня легування на пористість і міцність інтерметалідних каталізаторів. Установлено параметри термічної стійкості інтерметалідних каталізаторів. Практична значимість. Установлено параметри СВС-пресування і рівні легування для підвищення пористості і пластичності інтерметалідних каталізаторів.

EN: Purpose. For nickel aluminides along with traditional methods of casting and powder metallurgy, recently began to use the technology self-propagating high-temperature synthesis (SHS). You must install the regularities of formation porosity and strength intermetallic catalysts when changing the SHS process and the degree of doping. Methodology. As starting components used pure powders of nickel, aluminum, cobalt, copper, and manganese oxide. Dispersible powders was 100–150 mkm. Scheme batch cooking involved dosing, mixing, mold filling, SHS compaction and heat treatment. The mechanical strength of samples was determined via UG-20 machine. Compression testing was performed according to GOST 25.503-97. Thermal analysis of the test sample was performed on the brand Derivatograph Q1050. The microstructure of the obtained catalysts were tested for light microscope «Neophot-21» and a scanning electron microscope «SEM-100». Findings. Analysis of the results of physical and mechanical properties of intermetallic catalysts showed that they differ depending on the mixture composition and process mode processing. The difference in the physical and mechanical properties of the catalyst is due to differences in the structure, phase composition, the porosity and pore size. The introducing additives porosity manganese catalyst is increased by increasing the volume of large pores and the structure with small capillaries not change due to the localization of manganese oxide in the catalyst pores. However, with the introduction of additives manganese sharply reduced mechanical strength blanks which may be increased if the Ni–Co–Mn catalyst additionally prolegirovat copper. An important advantage of SHS mode, is that the strength of the catalyst is 1,5 times higher than that of the sintered materials at the same porosity. High process temperatures and low content of impurities at the grain boundary (due to self-cleaning) lead to the formation of strong bonds between the grains in the polycrystal. The average value for all of the specific surface of the catalyst is tested samples 112 m2/g. Analysis of the initial sample derivatograms Ni–Co–Mn–Cu gave weight gain of the sample at temperatures ranging from 200–300 oС 2 % by weight. Originality. New scientific evidence on the effect of mode of SHS process and the degree of doping on the porosity and strength of the intermetallic catalysts. The parameters of the thermal stability of intermetallic catalysts. Practical value. The parameters of SHS pressing and doping levels to increase the porosity and plasticity of intermetallic catalysts.