Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:

Э. Х. Ри, зав. кафедрой «Литейное производство и технологии металлов», докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru
Хосен Ри, профессор кафедры «Литейное производство и технологии металлов», докт. техн. наук, эл. почта: opirus@bk.ru
Е. Д. Ким, преподаватель кафедры «Литейное производство и технологии металлов», эл. почта: jenya_1992g@mail.ru
М. А. Ермаков, доцент кафедры «Литейное производство и технологии металлов», канд. техн. наук, эл. почта: ermakovma@yandex.ru

Интерметаллидные сплавы системы Al – Ni обладают потенциальными возможностями в плане создания на их основе материалов с уникальными свойствами. Важную роль в формировании высокого комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств сплавов играет легирование тугоплавкими металлами переходной группы, что делает их перспективными материалами в различных областях техники. Алюмотермическое восстановление оксидов различных металлов, включая минеральные концентраты (шеелитовый, бадделеитовый и др.), с применением СВС-металлургии позволяет получать комплексно-легированные алюминиды никеля. Это существенно упрощает технологию получения новых высокотемпературных материалов и снижает ее себестоимость. Методом внепечного алюмотермического восстановления оксида никеля NiO и бадделеитового концентрата получены циркониевые сплавы с содержанием циркония 0,47; 1,05; 1,67 и 3,52 % (мас.). С использованием оптического и растрового электронного микроскопов исследовано микроструктурное строение сплавов. Установлено, что при добавке 0,47 % (мас.) Zr наблюдается резкое измельчение структурных составляющих алюминидов никеля Al₃Ni₂ и Al₃Ni. Алюминид никеля AlNi встречается весьма редко. При дальнейшем увеличении добавки циркония до 3,52 % (мас.) наблюдалось незначительное укрупнение структурных составляющих сплавов Al – Ni – Zr. Методами растровой микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа установлено многофазное строение и идентифицированы структурные составляющие сплавов Al – Ni – Zr.
Установлены закономерности изменения характера распределения элементов (ликвационные процессы) и микротвердости структурных составляющих в сплавах Al – Ni – Zr.
1. В исходном сплаве Al – Ni, кроме алюминида никеля AlNi, кристаллизующегося в первую очередь в компактных включений малых размеров, образуются алюминиды никеля Al₃Ni₂ и Al₃Ni. Кристаллы последнего обволакивают зерна алюминида никеля Al₃Ni₂.
2. На основании проведенных исследований установлены закономерности распределения элементов в структурных составляющих и идентифицированы структурные составляющие — алюминиды никеля AlNi, Al₃Ni₂ и Al₃Ni с упрочняющими фазами — легированными алюминидами никеля с Zr, Si и др., а также цирконидами алюминия.
3. Выявлена связь между изменениями микротвердости и характером распределения элементов в структурных составляющих сплавов Al – Ni – Zr.

Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках ГЗ № FEME-2020-0010 «Физико-химические и технологические основы металлотермического синтеза металлов в ионных расплавах щелочных металлов и комплексно-легированных алюминидов никеля методом СВС-металлургии». Исследования проводили в рамках НИР Стипендии Президента РФ СП-1904.2019.1 (2019–2021 гг.) на оборудовании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ».

1. Gostishchev V. V., Astapov I. A., Seredyuk A. V., Klimukhin S. N. et al. High-temperature synthesis of composites based on nickel aluminides // Inorganic Materials. 2016. Vol. 52. No. 4. P. 419–422.
2. Noebe R. D., Bowman R. R., Nathal M. V. The physical and mechanical metallurgy of NiAl // Physical metallurgy and processing of intermetallic compounds. — Springer, Boston, MA, 1996. P. 212–296.
3. Enayati M. H., Karimzadeh F., Anvari S. Z. Synthesis of nanocrystalline NiAl by mechanical alloying // Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 200, No. 1-3. P. 312–315.
4. Скачков О. А., Поварова К. Б., Дроздов А. А., Морозов А. Е. Порошковые сплавы NiAl. II. Компактирование порошков NiAl, полученных разными методами // Металлы. 2012. № 3. С. 88–92.
5. Li D., Guo H., Wang D., Zhang T., Gong S. et al. Cyclic oxidation of -NiAl with various reactive element dopants at 1200 ^оC // Corrosion Science. 2013. Vol. 66. P. 125–135.
6. Han B., Ma Y., Peng H., Zeng L., Gou H. et al. Effect of Mo, Ta, and Re on high-temperature oxidation behavior of minor Hf doped -NiAl alloy // Corrosion Science. 2016. Vol. 102. P. 222–232.
7. Milenkovic S., Schneider A., Frommeyer G. Constitutional and microstructural investigation of the pseudobinary NiAl – W system // Intermetallics. 2011. Vol. 19, Iss. 3. P. 342–349.
8. Prusov E. S., Panfilov A. A., Kechin V. A. Role of powder precursors in production of composite alloys using liquid-phase methods // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2017. Vol. 58, Iss. 3. P. 308–316.
9. Sanin V., Andreev D., Ikornikov D., Yukhvid V. Cast intermetallic alloys by SHS under high gravity // Acta Physica Polonica. A. 2011. Vol. 120, Iss. 2. P. 331–335.
10. Амосов А. П., Луц А. Р., Латухин Е. И., Ермошкин А. А. Применение процессов СВС для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана. Обзор // Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. № 1. С. 39–49.
11. Tiwary C., Gunjal V., Banerjee D., Chattopadhyay K. Intermetallic eutectic alloys in the Ni – Al – Zr system with attractive high temperature properties // MATEC Web of Conferences. — EDP Sciences, 2014. Vol. 14. P. 01005.
12. Fukumoto M., Yokota T., Hara M. Formation of Ni aluminide containing Zr by synchronous electrodeposition of Al and Zr and cyclic-oxidation resistance // Journal of the Japan Institute of Metals. 2010. Vol. 74, No. 9. P. 584–591.
13. Wang L., Yao Ch., Shen J., Zhang Yu. Microstructures and compressive properties of NiAl – Cr (Mo) and NiAl – Cr eutectic alloys with different Fe contents // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 744. P. 593–603.
14. Левашов Е. А. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. — М. : Изд. дом «МИСиС», 2011.

15. Parsa M. R., Soltanieh M. On the formation of Al3Ni2 intermetallic compound by aluminothermic reduction of nickel oxide // Materials Сharacterization. 2011. Vol. 62, Iss. 7. P. 691–696.
16. Баранов В. Н., Лопатина Е. С., Дроздова Т. Н., Сидельников С. Б. и др. Исследова ние влияния параметров литья на структуру сплава системы Al – Zr // Литейное производство. 2011. № 11. С. 16–18.
17. Григорьев В. М. Исследование цирконийсодержащих сплавов алюминия // Известия вузов. Цветная металлургия. 2011. № 3. С. 30–39.
18. Яценко C. П., Яценко А. С., Хохлова Н. А. Получение лигатур на основе алюминия методом высокотемпературных обменных реакций в расплавах солей // Расплавы. 2010. № 2. С. 30–39.
19. Kowalski A., Ozgowicz W., Grajcar A., Lech-Grega M. et al. Microstructure and fatigue properties of AlZn6Mg0. 8Zr alloy subjected to low-temperature thermomechanical processing // Metals. 2017. Vol. 7, No. 10. P. 448.
20. Hosseini S. A., Abbasi S. M., Madar K. Z. The effect of boron and zirconium on the structure and tensile properties of the cast nickel-based superalloy ATI 718Plus // Journal of Materials Engineering and Performance. 2018. Vol. 27, No. 6. P. 2815–2826.
21. Агафонов С. Н., Красиков С. А., Пономаренко А. А., Овчинников Л. А. Фазообразование при алюмотермическом восстановлении ZrO₂ // Неорганические материалы. 2012. Т. 48, № 8. С. 927–927.
22. Белов Н. А., Алабин А. Н. Перспективные алюминиевые сплавы с повышенной жаропрочностью для арматуростроения как возможная альтернатива сталям и чугунам // Материалы в машиностроении. 2010. Т. 2, № 65. С. 50–54.
23. Bazhin V. Y., Kosov Y. I., Lobacheva O. L., Dzhevaga N. V. Synthesis of aluminum-based scandium–yttrium master alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2015. Vol. 2015, No. 7. P. 516–520.
24. Khimukhin S. N., Kim E. D., Ri E. H. Synthesis of NiAl composite alloys by metallothermy method // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19. Part 5. P. 2278–2282.