В роботі вивчено фазовий та фракційний склади нанорозімрних оксидів та карбідів вольфраму і цирконію одержаних методом електро-іскрової диспергації металевого провідника. Встановлено температури ізоморфних та поліморфних перетворень а також температури початку взаємодії з мідноматричним сплавом ISO CuAl₈Fe₃. В роботі вивчено стійкість нанорозміних частинок карбідів, оксидів, при підвищених температурах, з метою встановлення можливостей зміцнення мідних сплавів нанорозмірними частинками, для підвищення їх функціональних властивостей.

Дослідження теплових ефектів, що відбуваються при нагріванні та охолоджені нанодисперсних зміцнювачів проводили для визначення типу і режимів попередньої термічної обробки, а також для визначення їх стабільності в мідноматричних розплавах в процесі консолідації та використання композиційного матеріалу, виявлення твердофазних реакцій в результаті яких частинки утворюють вторинні нанорозмірні з’єднання з хімічними елементами мідних сплавів.

Для дослідження міжфазної взаємодії нанодисперсних порошків з сплавами на основі міді була розроблена спеціальна методика. Суть методики: етап 1 – попередньо досліджуються термофізичні характеристики матричного мідного сплаву та зміна теплоємкості тигельної системи і еталону в умовах в яких планується досліджувати міжфазну взаємодію (атмосфера, швидкість нагрівання, температурний інтервал); етап 2 – проводяться досліджень взаємодії в режимі «зразок з корекцією», де в якості корекції використовуються данні одержаний на етапі 1, при цьому прилад автоматично враховує ці показники під час вимірів. Таким чином вдається усунути вплив матричного сплаву, тигля та еталону на результати досліджень [1].

Встановлено, що розпад гідроксиду вольфраму в тоці аргону, відбувається в два етапи та супроводжується різкою втратою ваги та поглинанням тепла. Перший закінчується при температурі 123 ºС, другий – 183 ºС. До 914 ºС загалом ідентифіковано п’ять екзотермічних піків (322,4, 506,2, 545,3, 583,6 і 914,7 ºС), що повторюються в циклах досліджень і пов’язані з структурними перебудовами.

В досліджених інтервалах температур (25…1200 °С) розпад нанорозмірних частинок оксиду цирконію не спостерігається. При повторному нагріванні порошку цирконію спостерігається ендотермічний пік при температурі 317,3 ºС, при цій же температурі при охолоджені спостерігаються екзотермічний пік, що вказує на стале структурне перетворення.

Як і більшість карбідів жароміцних металів, карбід цирконію суб-стехіометричний при вмісті вуглецю більше ніж ZrC_0,98 матеріал містить вільний вуглець [2]. Усі модифікації карбіду цирконію мають гранецентричну кубічну решітку.

Після термообробки до 800 °С нанорозмірні частинки карбідів вольфраму і цирконію практично не окислюються на поверхні, та можуть бути консолідовані з мідною матрицею без захисної атмосфери.

При нагріві з матрицею БрАЖ 9-4 нанорозмірні порошки оксидів вольфраму починають взаємодіяти при температурі 882 ºС. В результаті взаємодії сплав матриці із однофазного становиться двохфазний (з’являється додатковий фазовий перехід при температурі 1085,1 ºС).

Карбіди цирконію, що були одержані методом електроіскрового диспергування в гексані мають три стадії взаємодії БрАЖ-9-4 при температурах 356, 451 та 526 °С. Карбіди вольфраму починають взаємодіяти з бронзою БрАЖ 9-4 при 466 °С.

Загалом порошки досліджених нанорозмірних карбідів є більш термічно стабільними на повітрі і аргоні в інтервалі температур при яких можлива їх консолідація з твердою або рідкою мідною матрицею порівняно з оксидами.

Література:

1. Щерецький О.А. Використання комбінованого диференціально-термічного аналізу для дослідження теплових ефектів малої інтенсивності в сплавах // Металознавство та обробка металів. – 2012. – №3. – С. 50 – 54.

2. F. B. Baker, E. K. Storms, C. E. Holley. Enthalpy of formation of zirconium carbide // Journal of Chemical & Engineering Data. – 1969. – Vol.14 (2). – P. 244–246.