С. А. ТИХОМИРОВ, Е. В. ЕВСТРАТОВ

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия

Введение.

Одним из перспективных направлений современного материаловедения является использование порошковых наноматериалов. В последние годы ведутся интенсивные исследования по созданию тяжелых вольфрамовых сплавов с повышенным содержанием вольфрама и с матрицами, обеспечивающими высокую способность к локализации адиабатического сдвига, что позволяет повысить специальные свойства сплавов [1-4]. Наиболее массовым видом применения тяжелых вольфрамовых сплавов (ТВС = WHA) W-Ni-Fe-Co является их использование для боеприпасов, также они находят широкое применение в различных областях промышленности и науки (защита от излучения ряда используемых в медицине препаратов, в ядерной энергетике, машиностроении и др.) [5-7]. Химико-металлургический метод синтеза нанопорошков является экономичным, производительным и не требующий специализированного оборудования. Химико-металлургическим методом были синтезированы нанопорошки многокомпонентного сплава (расчетный состав W-7,2%Ni-1,8%Fe-1%Co). Актуальной становится задача разработки методов, позволяющих в ходе изготовления нанопорошков регулировать структуру и свойства получаемых конечных материалов [8].

Механическая активация в мельницах является наиболее распространен­ной операцией в механохимии из-за простоты проведе­ния эксперимента и в связи с тем, что мельница является одним из самых распространенных аппаратов, в которых осу­ществляется механическое воздействие на вещество.

Главной задачей измельчения является получение максимальной поверхности порош­ка при минимальных затратах энергии, за­дачей же активации является накопление энергии в кристаллах в виде дефектов или других изме­нений в твердом веществе, которые позволили бы снизить энергию активации последующего химического превращения вещества[9,10].

В работе исследовалась дисперсность ТВС порошков, получаемых методом предварительной (до восстановительного отжига) механической активации прекурсора – расчетный состав W-7,2%Ni-1,8%Fe-1%Co. Механическую активацию проводили в планетарной мельнице АГО-2С.

Целью работы являлось определение вли­яния предварительной механической об­работки различной интенсивности прекурсоров на протекание процесса восстановления нанопорошка.

Методы исследования.

Для анализа материалов были использованы следующие методы:

- определение фазового состава порошков методом рентгенофазового анализа на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 с математической обработкой полученных результатов и использованием информации каталога данных ASTM;

- определение удельной поверхности порошков на анализаторе удельной поверхности и пористости TriStar-3000 (Micromeritics, USA) по низкотемпературной адсорбции-десорбции азота (метод БЭТ).

Перед измерением удельной поверхности порошки сушили при температуре 140°С в течение 4 ч., что дало около 10% снижения веса исходного материала.

Механоактивированные прекурсоры восстанавливали в потоке водорода 55 л/ч по следующему режиму: нагрев до температуры 500 °С за 1 ч, выдержка при 500°С в течение 1,5 ч, повышение температуры до 750°С за 40 мин, выдержка при 750°С в течение 1,5 ч, охлаждение с печью в потоке аргона 1 л/мин до комнатной температуры. [11].

После восстановления удельная поверхность ТВС изменялась от 1,7 м²/г до 3,2 м²/г (что соответствует среднему размеру частиц около 100 нм). Результаты исследования представлены в таблице.

Таблица.

Продолжительность помола прекурсора, мин.		Удельная поверхность прекурсора, м2/г	Удельная поверхность восстановленного порошка ТВС, м2/г
АГО-2С	без помола	4,3	1,9
	1	8,0	1,7
	10	8,0	2,8
	20	19,0	3,0
	40	31,4	3,2
	60	20,2	3,1

Выводы.

Результаты исследования показали, что интенсивный помол (в АГО-2С) прекурсора приводит к значительному увеличению дисперсности прекурсора от 4,3 м²/г до 31,4 м²/г. Дисперсность восстановленного порошка ТВС увеличивается в два раза.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-03-00040-а).

Литература.

1. M. Debata, A. Upadhyaya. Effect of boron addition on sintering of tungsten based alloys. J. Mater. Sci. 2004. V. 39, P.2539-2541.

2. D. Rittel, G. Weisbrod. Dynamic fracture of tungsten base heavy alloys. International Journal of fracture. 2001. V. 212. P. 87-98.

3. S. Eroglu, H. Erken, T. Baykara. Surface hardening of tungsten heavy alloys. Scripta Mater. 1998. Vol.38. № 1. P.131-136.

4. Zhigang Wei e.o. Influence of microstructure on adiabatic shear localization of pre-twisted tungsten heavy alloys. Intern. J. of impact engineering, 2000, V. 24. P.747-758.

5. Erik Lassner, Wolf-Dieter Schubert. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. // Kluwer Academic / Plenum Publishers, Ney York, 1999, P.422.

6. PovarovaK.B. Powder Metallurgy of Tungsten Alloys (Alloying, Pretreatment, Sintering, TMT, Structure, Properties). Proceedings of 3^-rd EURO PM 2004 Powder Metallurgy World Congress and Exhibition, 2004, Wienna, Austria. 17-21 October, 2004, v. 5, p. 106-112.

7. Bose A., Kapoor D., Magness L.S.Jr., Dowding R.J. Processing strategy for tungsten heavy alloys // Proc. of the Fourth Intern. Conf. on Tungsten; Refractory Metals and Alloys: Processing, Properties and Applications / Eds. Bose A., Dowding R.J. Princeton. 1997. P. 321-347

8. Magness L.S., Kapoor D. Tungsten composite materials with alternative matrices for ballistic applications. // Tungsten, Hard Metals, and Refractory alloys 5-2000. Proc. of the fifth Intern. Conf. on Tungsten; Hard Metals and Refractory Alloys: / Eds. Greenfield M.S., Oakes J.J. Princeton. N. Jersey 2000. P. 15-23.

9. Болдырев В.В. // Механохимия и механическая активация твердых веществ. Успехи химии, 2006, Т. 75. № 3. С. 203-216.

10. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неор ганических веществ, Новосибирск: Наука, 1983, С. 65.

11. Алымов М.И., Анкудинов А.Б., Трегубова И.В., Заблоцкий А.А. // Синтез нанопорошков на основе вольфрама. ФХОМ, 2005, № 6, С. 81-82.