Метод получения металл-интерметаллидных и металл-керамических стержней на основе Ni-Al и Mg-2B совмещением экзотермического синтеза и горячей газовой экструзии

Работа посвящена развитию научных основ метода получения длинномерных металл-интерметаллидных стержней системы (Ni-Al) и металл-керамических стержней системы (Mg-B) в стальной оболочке совмещением экзотермического синтеза и горячей газовой экструзии. Впервые проведены экспериментальные исследования экзотермического синтеза интерметаллидов системы Ni-Al в стальной оболочке в условиях пластической деформации под действием изостатического давления инертного газа и локального нагрева. Установлено, что наибольшее содержание фазы NiAl достигается горячей газовой экструзией при давлении газа в камере ~200 МПа и температуре начала экструзии выше 730 °C. Форма зерен всех стержней вытянута по направлению экструзии, имеются трещины, предположительно образовавшиеся из-за схлопывания пор. Установлены закономерности структуро- и фазообразования в сердцевине стержня из реакционноспособной порошковой смеси в процессе горячей газовой экструзии. Показано, что первоначально происходит реакция синтеза с формированием определенной структуры и фазового состава, после чего в процессе пластической деформации зерна вытягиваются, при этом некоторые поры схлопываются. Синтез начинается с образования NiAl3 на границе контакта зерен никеля и алюминия, после плавления алюминия образуется слой из Ni2Al3 на поверхности никеля, дальнейшее растворение никеля приводит к образованию NiAl и Ni3Al и снижению содержания Ni2Al3. Впервые проведены экспериментальные исследования по горячей газовой экструзии реакционноспособной порошковой смеси Mg-2B в стальной оболочке, совмещенной с экзотермическим синтезом диборида магния. Показано, что наибольшее содержание целевой фазы MgB2 достигается горячей газовой экструзией при давлении газа в камере ~220 МПа и температуре начала газовой экструзии выше температуры плавления магния (650 °C). Определено, что пассивация нанопорошковых компактов проходит при их выдержке на воздухе от 30 мин. и более внутри бюксов с аргоном, закрытых притертой крышкой. В пассивированных компактах максимальная температура разогрева достигает 45–50 °C. Установлено, что пассивация компактов проходит во всем объеме, а окисление при саморазогреве – поверхностно. Компакты из нанопорошков никеля, пассивированные выдержкой внутри бюксов с аргоном, сохраняют термостабильность вплоть до 180 °C. Впервые получены выражения для оценки давления внутри пор, как по критическому размеру пор, так и из перемещения внешних стенок материала при воздействии на него изостатического давления газа извне. Полученные в ходе работы результаты имеют, как фундаментальное, так и прикладное значение. Фундаментальное значение определяется решением основной задачи материаловедения по установлению зависимости между параметрами синтеза, обработки давлением и окислительной средой, строением, фазовым составом и свойствами полученных материалов. Прикладное значение определяется использованием полученных стержней на основе интерметаллидов NiAl в качестве заготовок для наплавки и улучшения жаропрочных свойств стального стержня, использованием стержней на основе MgB2 в качестве заготовки для сверхпроводящих соленоидов, упрощенной пассивацией нанопорошковых компактов выдержкой на воздухе внутри бюксов с аргоном и возможностью их безопасного хранения, а также разработкой методов оценки давления газов внутри пор, которые могут быть использованы для оценки свойств и структуры изделий, полученных аддитивной технологией, порошковой металлургией и горячей газовой экструзией, с целью оптимизации этих техпроцессов для повышения или понижения давления внутри пор.