Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури
Phase transformations in the Mg-Zn-B-C system at high pressure and temperature have been studied. Interaction in this system at temperatures above 1700 °C and pressures above 7 GPa leads to the diamond synthesis, decay of electronic compound Mg51Zn20, formation compound MgZn2. Compounds B4C, MgB2...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23435 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури / О.І. Чернієнко, Н.М. Білявина, О.О. Бочечка // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 246-249. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-23435 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-234352011-07-05T12:37:36Z Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури Чернієнко, О.І. Білявина, Н.М. Бочечка, О.О. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Phase transformations in the Mg-Zn-B-C system at high pressure and temperature have been studied. Interaction in this system at temperatures above 1700 °C and pressures above 7 GPa leads to the diamond synthesis, decay of electronic compound Mg51Zn20, formation compound MgZn2. Compounds B4C, MgB2C2 were formed at higher concentrations of boron. 2010 Article Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури / О.І. Чернієнко, Н.М. Білявина, О.О. Бочечка // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 246-249. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. XXXX-0065 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23435 536.42:621.921.34 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| spellingShingle |
Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Чернієнко, О.І. Білявина, Н.М. Бочечка, О.О. Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
Phase transformations in the Mg-Zn-B-C system at high pressure and temperature have
been studied. Interaction in this system at temperatures above 1700 °C and pressures above 7 GPa
leads to the diamond synthesis, decay of electronic compound Mg51Zn20, formation compound
MgZn2. Compounds B4C, MgB2C2 were formed at higher concentrations of boron. |
| format |
Article |
| author |
Чернієнко, О.І. Білявина, Н.М. Бочечка, О.О. |
| author_facet |
Чернієнко, О.І. Білявина, Н.М. Бочечка, О.О. |
| author_sort |
Чернієнко, О.І. |
| title |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| title_short |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| title_full |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| title_fullStr |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| title_full_unstemmed |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| title_sort |
фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23435 |
| citation_txt |
Фазові перетворення в системі магній–цинк–бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури / О.І. Чернієнко, Н.М. Білявина, О.О. Бочечка // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 246-249. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT černíênkooí fazovíperetvorennâvsistemímagníjcinkborvuglecʹprirízníjkoncentracííboruvumovahvisokogotiskuítemperaturi AT bílâvinanm fazovíperetvorennâvsistemímagníjcinkborvuglecʹprirízníjkoncentracííboruvumovahvisokogotiskuítemperaturi AT bočečkaoo fazovíperetvorennâvsistemímagníjcinkborvuglecʹprirízníjkoncentracííboruvumovahvisokogotiskuítemperaturi |
| first_indexed |
2025-07-03T01:17:50Z |
| last_indexed |
2025-07-03T01:17:50Z |
| _version_ |
1836586600477229056 |
| fulltext |
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
246
Soc. – 1996.– № 79,. – P. 547.
8. Dub S. N., Petrusha I. A. Mechanical properties of polycrystalline cBN obtained from pyrolytic
gBN by direct transformation technique // High Pres. Res. – 2006.– V. 26. – N 2. – P. 71–76.
9. Фесенко І. П., Сербенюк Т.Б., Часник В.І. т.і. Фізико-технічні властивості кераміки та
композитів з керамічною матрицею на основі вюртцитного AlN / І. П.Фесенко, Т.
Б.Сербенюк, В. І.Часник та ін. // Сверхтв. матер. – 2010. – №1.– С. 44–56.
10. Фізико-механічні властивості та структура полікристалічних матеріалів, отриманих з
порошків cBN різної дисперсності / М. П. Беженар, М. Г. Лошак, О. О. Шульженко та
ін. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и техно-
логия его изготовления и применения: Сб. науч. тр.– К.: Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля
НАН Украины, 2006. – Вып. 9. – С. 168–174.
11. Фазовый состав и структура композитов cBN—TiB2—Al, полученных спеканием при
высоком давлении / Н. П. Беженар, С. А. Божко, Т. А. Гарбуз и др. // Физика и техника
высоких давлений. – 2009. – Т. 19. – № 1. – С. 102–115.
12. Гарбуз Т.О., Беженар М. П., Божко С. А. Композит кубічного нітриду бору,
модифікований диборидом титану// Породоразрушающий и металлообрабатывающий
инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр.– К.:
Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2008. – Вып. 11. – С. 202–205.
13. Физико-механические свойства композитов сBN, упрочненных боридами тугоплавких
металлов. Материаловедение тугоплавких соединений / Т. А.Гарбуз, Н. П.Беженар, С.
А.Божко и др.// Тр. ІІ Междунар. Самсоновской конф. 18–20 мая 2010 г. – К.: – С. 73.
14. Майстренко А. Л., Дуб С. Н. Прогнозирование износостойкости хрупких материалов
по твердости и трещиностойкости// Заводская лаб. – 1991. – Т. 57. – № 2. – С. 52–54.
Надійшла 01.07.10
УДК: 536.42:621.921.34
О. І. Чернієнко1; Н. М. Білявина2, канд. фіз.-мат. наук;
О. О. Бочечка1, д-р. техн. наук
1 Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
2 Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Україна
ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ В СИСТЕМІ МАГНІЙ–ЦИНК–БОР–ВУГЛЕЦЬ ПРИ
РІЗНІЙ КОНЦЕНТРАЦІЇ БОРУ В УМОВАХ ВИСОКОГО ТИСКУ І ТЕМПЕРАТУРИ
Phase transformations in the Mg-Zn-B-C system at high pressure and temperature have
been studied. Interaction in this system at temperatures above 1700 °C and pressures above 7 GPa
leads to the diamond synthesis, decay of electronic compound Mg51Zn20, formation compound
MgZn2. Compounds B4C, MgB2C2 were formed at higher concentrations of boron.
Система магній–цинк–бор–вуглець становить інтерес тим, що в ній у результаті фазо-
вих перетворень в умовах високого тиску і температури утворюється алмаз. Також не ви-
ключено утворення інших надтвердих фаз. З огляду на це актуальними є дослідження фазо-
вих перетворень системи в умовах високого тиску й температури, процесу синтезу алмазу,
його фізико-механічних та електрофізичних властивостей.
Методика дослідження
Виконали серію дослідів з вивчення фазового складу системи Mg–Zn–B–C з різною
концентрацією бору при спіканні в умовах високого тиску та температури. Вміст бору в цій
системі змінювали в межах 5 – 40 % (ат.).
Спікали шихту Mg–Zn–B–C в апараті високого тиску (АВТ) типу «тороїд» (рис. 1).
Перед спіканням шихту споряджали в комірку високого тиску (рис. 2). Спікання відбувалось
за температури 1800 оС, тиску 7,7 ГПа протягом 45 с. Для приготування шихти досліджува-
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
247
ної системи використовували порошок графіту та сплав Mg–Zn–B у порошковому вигляді.
Сплав Mg–Zn–B отримали шляхом спікання за тиску 3 ГПа та температури 1250 оС. Для ви-
значення змін фазового складу отриманого матеріалу після спікання в АВТ та фазового скла-
ду сплаву Mg–Zn–B виконували рентгенофазовий аналіз на дифрактометрі ДРОН 3.
Рис. 1. Схема АВТ типу «тороїд»: 1 –
матеріал контейнера; 2 – графітовий
нагрівач; 3 – пірофілітовий диск; 4 – гра-
фітовий диск; 5 – робочий об’єм; 6 – ма-
триці
Рис. 2. Схема спорядження комірки високого
тиску: 1 – графітовий диск; 2 – диск NaCl; 3 –
робочий об’єм; 4 – графітовий нагрівач; 5 –
контейнер з літографського каменю
З метою рівномірного розподілу компонентів по всьому об’ємі шихти для її приготу-
вання використовували сплав Mg–Zn–B замість суміші елементів. Цей сплав як розчинник
вуглецю при синтезі алмазу забезпечує розчинення графіту за нижчої температури, та кращу
взаємодію компонентів.
Результати та їх обговорення
Фазовий склад сплаву Mg–Zn–B. У результаті спікання отримали чотири сплави з різною
концентрацією бору. Їхній фазовий склад за даними рентгенівського аналізу наведений в табл. 1.
В усіх сплавах у результаті взаємодії магнію та цинку утворились електронні сполуки Mg51Zn20
та MgZn2. У сплавах 1 та 2 виявили також фазу вільного магнію, у сплаві 4 – фазу цинку. Також
виявили незначну кількість фази BNсф. Імовірно, вона утворюється за рахунок взаємодії бору з
азотом, що міститься в повітрі. На рентгенограмах не виявили спектрів бору. Це пов’язано з ви-
користанням аморфного бору. Відсутність у сплаві фаз MgB2, MgB4 та інших передбачених діаг-
рамою стану системи Mg–B [1] найімовірніше зумовлюється тим, що утворення електронних
сполук з цинком енергетично вигідніше від утворення боридів магнію.
Таблиця 1. Вихідний склад суміші та фазовий склад сплаву Mg–Zn–B після спікання
при р = 3 ГПа і Т = 1250 оС
Номер
дослідного
зразка
сплаву
Вихідний склад суміші,
% (ат.)
Фазовий склад сплаву Mg–Zn–B після спікання
Zn Mg B
1 24,3 58,3 17,4 Mg В Mg51Zn20 MgZn2 BNсф
2 20,4 48,9 30,8 Mg В Mg51Zn20 – –
3 14,7 35 50,0 – В Mg51Zn20 – –
4 8,0 19,3 72,0 Zn В Mg51Zn20 MgZn2 –
Структура сплаву Mg-Zn-B. За концентрації 5 % (ат.) бору в сплаві утворюється
структура, в якій Mg, Zn та їхні сполуки, що зазначені в табл. 1, утворюють зерна пластинча-
стої форми, аморфний бор рівномірно розподілений між зернами (рис. 3). За збільшення
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
248
концентрації бору (до 40 % (ат.)) структура славу принципово не змінюється, окрім збіль-
шення кількості фази міжзеренного бору (рис. 4).
Рис. 3. Структура сплаву Mg–Zn–B за кон-
центрації бору, що відповідає 5 %(ат.) від
загальної шихти системи Mg-Zn-B-C.
Рис. 4. Злом сплаву Mg–Zn–B за концентра-
ції бору, що відповідає 40 % (ат.) від загаль-
ної шихти системи Mg-Zn-B-C.
Злитки отриманого сплаву подрібнювали в ступці на порошок з розміром частинок
менше 0,5 мм.
До отриманих порошків сплаву додавали певну кількість графіту для отримання су-
мішей зі співвідношеннями, наведеними в табл. 2. Після спікання сумішей із вказаними кон-
центраціями досліджували їхній фазовий склад. Результати зміни фазового складу системи
Mg–Zn–B–C наведені в табл. 2.
Таблиця 2. Зміна фазового складу системи Mg–Zn–B–C після спікання при р = 7,7 ГПа і
Т = 1800 оС
№
зразка
спла-
ву
Вихідний склад сумі-
ші, %ат
Фазовий склад суміші пе-
ред спіканням
Фазовий склад системи Mg-Zn-
B-C після спікання
Zn Mg C B
1 7 17 71 5
Mg; Mg51Zn20; MgZn2; BN;
В; С(графіт)
С(графіт); Zn; MgZn2; MgO;
С(алмаз)
2 6,6 16 67 10 Mg; Mg51Zn20; В; С(графіт)
С(графіт); Zn; MgZn2; MgO;
С(алмаз)
3 6 14 60 20 Mg51Zn20; В; С(графіт) С(графіт); Zn; MgZn2; С(алмаз);
4 4,4 10,6 45 40
Mg51Zn20; MgZn2;
Zn; В; С(графіт)
С(графіт); Zn; MgZn2; MgO; B4C;
MgB2C2; Mg. С(алмаз)
Отже, при спіканні в АВТ незалежно від концентрації бору відбувається розпад Mg51Zn20.
Водночас збільшується кількість стабільнішої фази MgZn2, утворюється алмаз та вільний цинк.
Імовірно, утворюється також карбід магнію, який після розгерметизації комірки високого тиску
внаслідок взаємодії з водяною парою на повітрі розпадається на оксид магнію MgO і ацетилен
[2]. MgO також може утворюватись внаслідок прямої взаємодії магнію із оксигеном, що міс-
титься в шихті як домішка. За вищої концентрації бору утворюються сполуки бору B4C, MgB2C2.
Висновки
1. Після дії температури 1250 оС та тиску 3 ГПа на суміш Mg–Zn–B утворюється сплав
із фазами Mg, Zn, електронних сполук Mg51Zn20 та MgZn2, що утворюють зерна пластинчас-
тої форми, та міжзеренними включеннями аморфного бору.
2. Взаємодія в дослідженій системі за температури вище 1700 оС та тиску понад 7 ГПа
спричинює синтез алмазу, розпад електронної сполуки Mg51Zn20 та утворення MgZn2.
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
249
3. За більших концентрацій бору в системі утворюються В4С та MgВ2С2. Внаслідок
вмісту в шихті домішкового оксигену утворюється MgО.
Література
1. Туркевич В. В., Пріхна Т. О., Козирев А. В. Діаграма стану системи Mg–B при тиску 2
ГПа // Физика и техника высоких давлений. – 2008.– 18, № 2. – С. 7–14.
2. Шульженко А.А., Игнатьева И.Ю., Осипов А.С и др.; Особенности синтеза алмазов в
ростовых системах, содержащих цинк и магний // Синтез, спекание и свойства сверх-
твердых материалов: Сб. науч. тр. – К.: Изд-во ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины,
2000. – С. 15–22.
Надійшла 08.07.10
УДК 623.923
А. М. Кузей, д-р техн. наук; И. И. Таран
Физико-технический институт НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь
ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
НИКЕЛЬ – БОР – АЗОТ
The methods of X-ray analysis and electron microscopy have been used to study the struc-
ture of nitrogen-ion implanted electrochemical Ni–B coatings with the boron concentration of 8,14
and 20 at %. The implantation is shown to increase coating microhardness from 5,15,9 GPa to
10,811,7 GPa.
The hardness increase of coatings is attributed to decrease of nickel boride particle size and
formation of -BN.
Введение
Одним из технологических вариантов изготовления алмазоабразивного инструмента
является введение частиц абразива в металлическую матрицу, кристаллизующуюся в усло-
виях электрохимического и химического процессов [1, 2]. В качестве матриц используют
отдельные металлы, сплавы и композиции из них [3]. Электрохимические покрытия (ЭХП)
из сплавов системы никель – бор имеют ряд преимуществ перед металлами и сплавами: вы-
сокую твердость, коррозионно стойкие, высокий уровень паяния [4, 5], а также имеют дис-
персную (0,5–3 мкм) зеренную структуру, обеспечивающую введение большого количества
частиц абразива [5]. Концентрация бора в сплавах ЭХП составляет 20–28 ат.%, что позволяет
использовать их в качестве прекурсоров для формирования композиционных покрытий сис-
темы никель – бор – нитрид бора. В этих сплавах можно ожидать образование нитрида бора
в поверхностном слое ЭХП при насыщении атомами азота, например, методом высокоинтен-
сивной ионно–лучевой имплантации.
В настоящей работе преследуется цель с помощью рентгеновского фазового анализа и
электронной микроскопии изучить эволюцию структуры ЭХП системы никель – бор при
ионной имплантации азота.
Материалы и методика эксперимента
Объектами исследования являлись ЭХП из сплавов системы никель – бор с содержани-
ем бора 8, 14, 20 ат.%. Сплавы получали электрохимическим осаждением из электролита на
основе сернокислого никеля (200–250 г/л) и хлористого (30–40 г/л), борной кислоты (20–25
г/л), содержащей декагидроборат натрия. Температура электролита составляла 295–315 К. По-
крытия наносили на обе стороны пластин из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Толщина
|