Спосіб одержання композиційного боридного матеріалу

Спосіб одержання композиційного боридного матеріалу, який включає формування прямим пресуванням пористого каркасу з порошку заліза, додавання до каркасу шихти просочувального сплаву евтектичного складу з суміші порошків заліза, бору або боридних сполук типу MexBy, де Me - метали, x=1-2, y=1-5 та легуючих компонентів, сумісне їх пресування, нагрівання спресованого матері 2 (19) 1 3 Винахід належить до області порошкової металургії та композиційних матеріалів, зокрема до способів одержання композиційних матеріалів з операцією самозбирання боридних сполук при їх спіканні у середовищі евтектичного сплаву та розробки механізмів хімічного зв'язку між компонентами боридних сполук при легуванні евтектики. Відомий спосіб самозбирання хімічних сполук, прийнятий у якості прототипу, згідно з яким збирають нанотрубки із прошарків вуглецю, наностержні із кремнію і т.ін. (Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология: Пер. с англ. - М: Издат. дом „Вільямс", 2004. - С.69-80). Головним недоліком цього способу, як відзначають самі автори, це дуже велика ціна побудови заводів для виготовлення наноматеріалів. По закону Мура (див. с.30) ціна заводів практично дорівнює промисловим затратам на ці матеріали. Більш близьким по суті являється спосіб багатошарового об'ємного борирування (Патент України 30432 А. В.В.Чернієнко, В.А.Граменицький, О.Г.Павлишко. - Бюл. 6 - II від 15.11.2000), який прийнятий у якості аналогу. В цьому способі процес борирування пористих залізних матриць проводять за допомогою проникнення в них сплаву евтектичного складу на основі заліза та бору, або його сполук з додатками легуючих компонентів і, завдяки цьому, рідинно-фазне спікання, утворення у рідинній фазі двох складних сполук (Fe, Ме)2В та (Fe, Ме)В, та їх виборне легування проводять при температурі 1523-1573 К протягом 60-90 хвилин у вакуумній печі під тиском 10-4 мм рт.ст., а кристалізацію рідинної фази у композиції здійснюють шляхом охолоджування разом з піччю протягом 90 хвилин. Однак, у цьому способі не розглянуті механізми хімічного самозв'язку, завдяки яким можна змінити фізико-хімічні властивості евтектики і, таким чином, досягти підвищення механічних та теплофізичних властивостей безпосередньо при спіканні евтектиковмісних матеріалів. Задачею винаходу являється розкриття дії механізмів заміщення атомів заліза та бору від ступневого характеру зміни фізико-хімічних властивостей у таблиці Д.І.Менделеєва та від числа валентних електронів взаємодіючих компонентів при їх виборі з визначенням достовірної суті процесів, які впливають на формування властивостей евтектиковмісних композиційних матеріалів. Поставлена задача досягається тим, що у способі одержання композиційного боридного матеріалу, який включає формування прямим пресуванням пористого каркасу із порошку заліза, додавання до каркасу шихти просочувального сплаву евтектичного складу з суміші порошків заліза, бору або боридних сполук типу Мех Ву, де Me - метали, х=1-2, у=1-5 та легуючих компонентів, сумісне їх пресування, нагрівання сформованого матеріалу для спікання пористого каркасу та рідинно-фазне спікання при температурі 1413-1573 К упродовж 90 хвилин з просоченням пористого каркасу просочувальним сплавом, перерозподілом компонентів між каркасом і рідинною фазою, самозбиранням боридних сполук та покриттям ними відкритих поверхонь каркасу композиційного матеріалу, який відповідно з винаходом, відрізняється тим, що пе 87707 4 рерозподіл компонентів композиційного боридного матеріалу здійснюють шляхом часткового заміщення заліза або бору в боридних сполуках евтектичного сплаву легуючими компонентами з ds5 ds10 - конфігураціями групи металів Mn, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Та або sp3 - конфігураціями групи металів Al та La, при цьому узгоджують валентний зв'язок самозбиранням між складовими боридних сполук типу Fе2В і FeB та вказаними легуючими металами з утворенням складних боридних сполук типу (Fe, Me)2B і (Fe,Me)B, де Me - вказані легуючі метали, з урахуванням, що кожний з легуючих компонентів має свою відмінну від інших температуру розчинення у складних боридних сполуках, яку визначають по екстремумам екзотермічних реакцій утворення боридних сполук і, в залежності від величини температури, яку мають V (1413 К), Сr (1443 К), Мn (1453 К), Со (1463 К), Ni (1473 К), Nb (1493 К), Та (1523 К), W (1553 К), Мо (1573 К) та Аl (1423 К) і La (1503 К), встановлюють початок рідинно-фазного спікання, яке завершують після покриття відкритих поверхонь залізного каркасу боридними сполуками в межах температур 1523 1573 К з витримкою 90 хвилин. Короткий опис теорії У системі Fe-(Fe-В), яка вибрана у якості базової, утворюються два типи боридних сполук Fe2B та FeB. Фізико-хімічний зв'язок їх компонентів відповідає правилу Юм-Розері. Він досягається за рахунок створення енергостійких d5 та sp3 конфігурацій валентних електронів атомів заліза та бору: е/а = 3. Цей механізм діє у відповідності з основним законом утворення хімічних сполук із атомів заліза та бору, які прагнуть утворити конфігурацію інертного газу аргону (s2p6), що знаходиться у кінці 4-го періоду таблиці Д.Л. Менделєєва. Нами експериментально встановлена можливість самозбирання боридних сполук двох типів (Fe, Ме)2В та (Fe, Me)B, компоненти яких згуртовуються у коаліцію до кристалізації, коли евтектика знаходиться у процесі рідинно-фазного спікання. Евтектика у цьому стані знаходяться одночасно у всіх капілярах залізної матриці, а це значить, що самозбирання боридних сполук шляхом заміщення проходить при відповідних умовах спікання у кожному капілярі. Такими умовами являються: 1. Застосування відповідного устаткування, наприклад дериватографа, для досліджування самозбирання боридних сполук, щоб забезпечити комплексний аналіз оцінки фізико-хімічних процесів, які діють при їх формуванні. 2. Сплав, у композиційному складі якого утворюються боридні сполуки, повинен зберігатися при плавленні у евтектичному стані. 3. Атоми легуючих компонентів, які вводяться до складу сплаву для підвищення механічних властивостей, повинні мати конгруентну конфігурацію валентних електронів атомам заліза або бору, як основним компонентам евтектики. 4. Процес кристалізації повинен проводитися у повільному режимі охолоджування сплаву (разом з піччю), щоб виявити всі можливі структурні зміни фаз евтектиковмісних матеріалів. Експериментально встановлена висока активність обмінного, донор-акцепторного та ліквідного 5 87707 6 механізмів самозбирання боридних сполук при Табл.3. Механічні властивості евтектиковмісспіканні евтектиковмісних матеріалів на основі них матеріалів з легуючими додатками Ni, Co та системи Fe -(Fe - В) і досягнута можливість керуінших компонентів. вання їх механічними та теплофізичними властиФіг.12. Дериватограми (Т, ТВ, ДТВ, ДТА) евтевостями. При цьому вперше показано, що голоктиковмісного матеріалу системи (Fe -15% вним фактором керованого самозбирання ПХ18Н9Т) - (Fe - 3% Mo -1,5% Nb -4% В). боридних сполук (Fe,Me)2 В та (Fe, Me) В являєтьФіг.13. Дериватограми (Т, ТВ, ДТВ, ДТА) евтеся число валентних електронів атомів компонентів ктиковмісного матеріалу системи Fe - (Fe -6% Мо2 з енергостабільними d5(ds5-ds10) і sp3 - конфігура-4% Нб1 -4% В), де Мо2 і Нб1 порошки феросплаціями. Якщо число валентних електронів атомів у вів молібдену і ніобію відповідно. боридних сполуках типу (Fe, Me) x By не відповідає Фіг.14. Дериватограми (Т, ТВ, ДТВ, ДТА) евтецим умовам, то діє ліквідний механізм недопущенктиковмісного матеріалу системи Сталь (Fe- 6% ня до цієї коаліції, або відлучення від неї компонеMo) - (Fe -4% Mo -2% Nb -4% В). нтів з ds4 та sp4 - конфігураціями. Це дійсно споФіг.15. Графік розподілу елементів у евтектистерігається при легуванні евтектики на основі ковміснім матеріалі системи (Fe-15% ПХ18Н9Т) заліза і бору титаном (d2s2) та вуглецем (s2p2). (Fe -3% Mo -1,5% Nb -4% В). Суть винаходу пояснюється прикладеними Фіг.16. Графік розподілу елементів у евтектималюнками дериватограм, графіками розподілу ковміснім матеріалі системи Fe-(Fe-3,5% Mo-4% елементів у боридних сполуках, схемами електроВ). нних конфігурацій валентного зв'язку компонентів Фіг.17. Валентний зв'язок компонентів при при утворені складних боридних сполук типу (Fe, утворені складного бориду (Fe,Mo) В: а - у вигляді Me) x By, мікроструктурою евтектиковмісних матеріквантових вічків; б-у вигляді електронної конфігуалів на основі системи Fe- (Fe - В) та таблицями їх рації. механічних властивостей. Фотографії мікрострукФіг.18. Графік рівня енергії при дії слабкого та тур матеріалів збільшені на 200 %. Табл. 1. Оцінка міцного полів орбіталей 4-го періоду елементів впливу електронних конфігурацій елементів на доповнений елементами 5 та 6 періодів таблиці Д.І структурне самозбирання боридних сполук з ато.Менделєєва. мів евтектиковмісних матеріалів на основі системи Фіг.19. Мікроструктура евтектиковмісного маFe - (Fe - В). теріалу системи Fe -(Fe -6% СrВ2) у світлових Фіг.1. Зміна енергії атомних орбіталей зі зроспроменях (х 500). танням атомного номеру нейтральних атомів. Фіг.20. Мікроструктура евтектиковмісного маФіг.2. Дериватограми (Т, ТВ, ДТВ, ДТА) евтектеріалу системи Fe -(Fe -6% СrВ2) у електроннім тиковмісного матеріалу системи Fe - (Co - 30% Ni висвітленні (х 13300). 4% В). Фіг.21. Мікроструктура евтектиковмісного маФіг.3. Графік розподілу елементів у евтектикотеріалу системи Fe -(Fe -5% СrВ2) у електроннім вміснім матеріалі системи Fe - (Co - 30% Ni - 4% висвітленні із зображенням проникнення евтектичВ). ного сплаву поміж залізними блоками матриці (х Фіг.4. Валентний зв'язок компонентів при утво13300). рені складного бориду (Fe, Co) В: а - у вигляді кваФіг.22. Мікроструктура евтектиковмісного мантових вічків; б - у вигляді електронної конфігуратеріалу системи Fe -(Fe -3,5% Mo -4% В) у світлоції. вих променях (х 500). Фіг.5. Валентний зв'язок компонентів при утвоФіг.23. Мікроструктура евтектиковмісного марені складного бориду (Fe, Ni) В: а - у вигляді кватеріалу системи Fe -(Fe -3,5% Mo -4% В) у поглинтових вічків; б - у вигляді електронної конфігуранутих електронах (х 1000). ції. Фіг.24. Мікроструктура евтектиковмісного маФіг.6. Валентний зв'язок компонентів при утвотеріалу системи Fe -(Fe -3,5% Mo -4% В) у електрені складного бориду (Fe, Co, Ni) В: а - у вигляді роннім висвітленні (х 13300). квантових вічків; б - у вигляді електронної конфігуФіг.25. Графік розподілу елементів у евтектирації. ковміснім матеріалі системи Fe -(Fe -8% W -4% В). Фіг.7. Мікроструктура евтектиковмісного матеФіг.26. Мікроструктура евтектиковмісного маріалу системи Fe - (Co -30% Ni -4% В) у світлових теріалу системи Fe -(Fe -8% W -4% В) у світлових променях (х 500). променях (х 500). Фіг.8. Мікроструктура евтектиковмісного матеФіг.27. Мікроструктура евтектиковмісного маріалу системи Fe - (Co -30% Ni -4% В) у поглинутих теріалу системи Fe -(Fe -8% W -4% В) у поглинутих електронах (х 1000). електронах (х 1000). Фіг.9. Мікроструктура евтектиковмісного матеФіг.28. Мікроструктура евтектиковмісного маріалу системи Fe - (Co -30% Ni -4% В) із зображентеріалу системи Fe -(Fe -8% W -4% В) у електроням кобальту у рентгеновому висвітленні (х 1000). ннім висвітленні (х 13300). Фіг.10. Мікроструктура евтектиковмісного маТабл.4. Механічні властивості евтектиковмістеріалу системи Fe - (Co -30% Ni -4% В) із зобраних матеріалів з легуючими додатками Сr, Мо та женням нікелю у ренгеновому висвітленні (х 1000). W. Фіг.11. Мікроструктура евтектиковмісного маФіг.29. Дериватограми (Т, ТВ, ДТВ, ДТА) евтетеріалу системи Fe - (Co -30% Ni -4% В) у електктиковмісного матеріалу системи Fe –(Fe -2% ВД2 роннім висвітленні (х 13300). -2% Нб1 - 3% ХрБ2 -3% Мо2 - 4% В), де ВД2, Нб1, Табл.2. Механічні властивості евтектиковмісХрБ2 та Мо2 порошки феросплавів ванадію, ніоних матеріалів з легуючими додатками Мn та Co. 7 87707 8 бію, хрому безвуглецевого та молібдену відповідФіг.46. Мікроструктура евтектиковмісного мано. теріалу системи Fe - (Fe -30% Ба1) у світлових Фіг.30. Графік розподілу елементів у евтектипроменях (х 100). ковміснім матеріалі системи Fe -(Fe -2% ВД2 -2% Фіг.47. Мікроструктура евтектиковмісного маНб1 -3% ХрБ2 - 3% Мо2 -4% В), де ВД2, Нб1, ХрБ2 теріалу системи Fe -(Fe -30% Ба1) у світлових та Мо2 порошки феросплавів, у складі яких після променях (х 800). розчинення в евтектиці, ванадій, хром, ніобій і моФіг.48. Мікроструктура евтектиковмісного малібден використовували як легуючі компоненти. теріалу системи Fe -(Fe -30% Ба1) у світлових Фіг.31. Графік розподілу елементів у евтектипроменях із зображенням твердого включення ковміснім матеріалі системи Fe-(Fe -4,5 % Mo шпінеллю, у складі якого міститься алюміній (х 1,5% Nb -4% В). 320). Фіг.32. Валентний зв'язок компонентів при Фіг.49. Мікроструктура евтектиковмісного маутворені складного бориду (Fe, Nb) В: а - у вигляді теріалу системи Fe -(Fe -30% Ба1) у світлових квантових вічків; б - у вигляді електронної конфігупроменях після гартування із рідинно-фазного рації. стану у воду (х 500). Фіг.33. Валентний зв'язок компонентів при Табл.6. Механічні властивості евтектиковмісутворені складного бориду (Fe, Mo, Nb) В: а - у них матеріалів, у яких, замість бору, використовувигляді квантових вічків; б-у вигляді електронної вали феросплави Ба1 (фероборал), ФБ0 (фероконфігурації. бор) та НБ2 (нікельбор). Фіг.34. Мікроструктура евтектиковмісного маФіг.50. Діаграма властивостей термомеханічтеріалу системи Fe - (Fe -6% VB2) у світлових проної міцності евтектиковмісних матеріалів у порівменях (х 500). няні зі сталлю та сірим чавуном: 1- Fe- 2% Nb- 4% Фіг.35. Мікроструктура евтектиковмісного маМо-4% В; 2- Fe- (Fe- 6% Mo- 4% В); 3- Fe- (Fe-2% теріалу системи Fe -(Fe -1,5 % V - 4% В) у світлоNb-4% В); 4- Fe- (Fe- 5% ВД2-5% ХрБ2- 5% Нб1 вих променях (х 500). 5% Mo2 - 4% В); 5- Сталь 3 (прокат); 6- Fe-(Fe-30% Фіг.36. Мікроструктура евтектиковмісного маБа1);7- Fe- (Fe- 4% В); 8- Сірий чавун. теріалу системи Fe -(Fe -10% NbB2) у світлових Табл. 7. Знаходження раціонального віднопроменях (х 500). шення між бором та Борисом лантану LaB6 при Фіг.37. Мікроструктура евтектиковмісного маодержанні евтектиковмісних матеріалів, до складу теріалу системи Fe -(Fe -10% NbB2) у електроннім яких входить легуючий компонент La. висвітленні (х 13300). Табл. 8. Елементний склад евтектиковмісних Фіг.38. Мікроструктура евтектиковмісного маматеріалів на основі системи Fe-(Fe-B). теріалу системи Fe -(Fe - 4,5 % Mo -1,5% Nb -4% Визначення механізмів самозбирання боридВ) в поглинутих електронах (х 1000). них сполук проводили при спіканні евтектиковмісФіг.39. Мікроструктура евтектиковмісного маних матеріалів на основі системи Fe-(Fe-В). Для теріалу системи Fe -(Fe -9% ТаВ2) у світлових цього використовували елементи усіх шести періпроменях із зображенням межі між боридними одів таблиці Д.І.Менделеєва з розподілом на вісім сполуками (Fe, Та)2 В та (Fe, Та) В (х 500). груп за сукупним характером їх взаємодії з залізом Фіг.40. Мікроструктура евтектиковмісного мата бором. Проведені дослідження показали, що теріалу системи Fe -(Fe -9% ТаВ2) у світлових при утворенні композиційних матеріалів даного променях після утворення складного бориду (Fe, класу найбільш ефективний вплив на їх властивоТа) В (х 500). сті визивають легуючі компоненти третьої та четФіг.41. Мікроструктура евтектиковмісного мавертої груп (табл. 1). теріалу системи Fe -(Fe -2% ВД2 -2% Нб1 -3% До першої групи легуючих компонентів відноХрБ2 - 3% Мо2 - 4% В) у поглинутих електронах (х сяться Mn (d5s2) та Co (d7s2) (табл. 1, гр. 1). Вони 1000), де ВД2, Нб1, ХрБ2 та Мо2 порошки феровзаємодіють з залізом за обмінним механізмом. сплавів. Атоми цих компонентів мають невелику кількість Фіг.42. Мікроструктура евтектиковмісного ма(до 10 %) валентних електронів із статистичною теріалу системи Fe - (Fe -2% ВД2 - 2% Hб1 -3% вагою d5, що дозволяє їм заміщувати залізо у боХрБ2 -3% Mo2 -4% В) із зображенням елемента V ридних сполуках залізоборидної евтектики. Але, у у рентгеновому висвітленні (х 1000). зв'язку з великою дольовою частиною розчинення Фіг.43. Мікроструктура евтектиковмісного мау залізі (Мn - 70%, Co - 100%) та меншим атомним теріалу системи Fe -(Fe -2% ВД2 -2% Нб1 -3% потенціалом, чим у заліза (Фіг.1), їх участь у самоХрБ2 -3% Мо2 - 4% В) із зображенням елемента збиранні не дуже велика. При утворені складного Сr у рентгеновому висвітленні (х 1000). бориду (Fe, Co)B атоми заліза, кобальту та бору Фіг.44. Мікроструктура евтектиковмісного манабувають конфігурації інертного газу (Фіг.4). теріалу системи Fe -(Fe -2% ВД2 -2% Нб1 -3% Механічні властивості матеріалів з легуючими ХрБ2 - 3% Мо2 - 4% В) у електроннім висвітленні додатками, наприклад кобальту, практично не під(х 13300). вищуються (табл. 2, п. 4-5), по зрівнянню з базоТабл.5. Механічні властивості евтектиковмісвою системою Fe - (Fe-В) (табл. 6, п. 1), а при заних матеріалів з додатками легуючих компонентів стосуванні кобальтборидної евтектики ще й V, Nb та Та. зменшуються (табл. 2, п. 6). Фіг.45. Графік розподілу елементів у евтектиДо другої групи легуючих компонентів відноковміснім матеріалі системи Fe-(Fe -30% Ба1), де ситься Ni (d8s2), атоми якого містять до 98,6 % Ба1 порошок феросплаву, до складу якого входить електронних конфігурацій з статистичною вагою бор. d10 (табл. 1, гр. 2). Обмін його атомів з атомами 9 87707 10 заліза у боридних сполуках (Fe, Ni)2B та (Fe, Ni)B конфігурації валентних електронів, а один валентдосягається лише за рахунок дії донорний електрон вони можуть віддати бору для підакцепторного механізму. Атоми нікелю та бору вищення стабільності sp3 - конфігурації його ато5 набувають конфігурації інертного газу, а заліза d мів. Обидва метали, окрім боридів типу Ме2В та конфігурацію (Фіг.5). Але, у зв'язку з тим, що d5 МеВ, утворюють також бориди типу Мe2В5, хімічконфігурація атомів заліза має більшу енергостаний зв'язок яких відповідає правилу постійності е/а більність, чим d10 атомів нікелю (Андреев С.М., = 3 та, крім того, при їх розчиненні у евтектичнім Смирнова М.Ф. Строение электронных оболочек сплаві борид Ме2В5 стає донором атомів бору при атомов. Теория химической связи: Пособие для самозбиранні боридних сполук (Fe, Me)2B та (Fe, студентов. - Л.: Узд-во Ленингр. ун-та, 1974. - 70 с), Ме)В. Атоми заліза та молібдену утворюють енерменший атомний потенціал (Фіг.1), велику дольову гостабільну d5 - конфігурації (Фіг.17), а атоми бору частину розчинення у залізі (100%) та значно ме- конфігурацію інертного газу. ншу частку у композиції (25-27 %), то значного Як видно із дериватограм (Фіг.12-14), групірузаміщення нікелем заліза у боридних сполуках вання атомів Сr, Мо та W має місце у рідинно(Fe, Me)2B та (Fe, Me)B не спостерігається. Навпафазному стані евтектики, яке легко визначити заки, при взаємодії кобальтонікелевої евтектики з вдяки дій екзотермічних реакцій, що змінюють назалізною матрицею (Фіг.3) залізо відтискує кобальт прямок кривої ентальпії (ДТА) з утворенням екстта нікель з указаних боридів. При цьому атоми ремумів при самозбиранні іонів цих угруповань. заліза та кобальту набувають конфігурацію інертНаприклад, часткове заміщення атомів заліза леного газу (Фіг.6). гуючими елементами Nb та Мо проходить при різАналіз дериватограми (ДТА) евтектиковмісноних температурах. Спочатку до складу бориду го матеріалу системи Fe - (Co - 30% Ni - 4% В) входить Nb (Т = 1453 -1483 К), а потім до цього (Фіг.2) показує, що процес самозбирання боридних складу приєднується Мо (Т = 1533-1573 К). Легуюсполук його евтектики проходить безпосередньо ча добавка Сг входить до складу бориду при 1503 при ендотермічній реакції утворення евтектики з К. При цьому більша частина хрому входить до екстремумом при температурі 1373 К, а потім цей складу бориду (Fe, Ме)2 В, а молібдену - до складу процес продовжується з поступовим переходом до (Fe, Me) В (Фіг.15 та 16). екзотермічної реакції з екстремумом при темпераМи розглянули також вплив орбіталей атомів турі 1383 К. Якраз цей випадок виділення тепла легуючих компонентів у порівнянні з атомами заліобумовлюється заміщенням кобальту та нікелю за з точки зору теорії Х.Бете (Новиков П.И. Оснозалізом завдяки дії ліквідного механізму. Як покавы общей химии: учебное пособие. - М.: Высш. зує мікрорентгеноспектральний аналіз (Фіг.3 та шк., 1988. - С.273-284). табл. 8, п. 2) кількість кобальту у бориді (Fe, Ме)2В Відповідно з цією теорією збудження орбітаскладає 11,8 %, у бориді (Fe, Ме)В - 14,1 %, а нілей залежить від геометрії їх розташування. У оркелю ще менше - 3,5 % та 7,5 % відповідно. біталей dxy, dxz, dyz, які знаходяться блище до Мала кількість нікелю у боридах цього типу центру дії головного атома (заліза), збудження обумовлюється тим, що він не може забезпечуваслабке, у зрівнянні з орбіталями dz та dx-у, які знати таким же чином, як залізо, енергостабільність ходяться дальше від нього. sp3 Х.Бете показав, що внесок перших трьох орбі- конфігурацію валентних електронів бору, бо талей на величину ефекту розщеплення D складає атоми нікелю не утворюють d5 2/5 D, а 4-ї та 5-ї орбіталей – 3/5 D. При цьому ви- конфігурацію. На Фіг.7-11 приведена мікроникає два рівня енергії: зі слабким і міцним поляструктура евтектиковмісних матеріалів з легуючими. ми додатками кобальту та нікелю. При слабкому полі енергія відштовхування Аналіз механічних властивостей евтектиковміелектронів більше, чим енергія розщеплення D. сних матеріалів з легуючими додатками нікелю При міцному полі енергія розщеплення перепоказує, що при невеликій кількості його атомів у вищує енергію відштовхування електронів. У цьозалізоборидному евтектичному сплаві пластичму полі екстремум стабілізації досягається атоманість матеріалів збільшується (табл. 3, п. 1,3), а ми заліза (Фіг.18). Легуючі компоненти (Nb, Та, Мо, при застосовувані нікелевої евтектики для заповW) не відносяться до 4-го періоду елементів на нення капілярних каналів залізної матриці - стрімбазі яких утворений графік. Вони введені у його ко зменшується (табл. 3, п. 2). При введені додатсхему як додаткові на ті місця, що відповідають їх кових легуючих компонентів у нікелеву евтектику енергії. міцність матеріалів збільшується (табл. 3, п. 4-9). Цей графік показує, що самим ефективним До третьої групи легуючих компонентів вхоелементом при взаємодії з залізом у міцному полі дять Сr, Мо та W (табл. 1, гр. 3). У цій групі найявляється знову-таки молібден. Він перемішується більш близьким до заліза металом являється на ступень блище до екстремуму заліза, а ніобій хром. Число валентних електронів його атомів переходить на лінію Сr - W. (d5s1) у повній мірі відповідає конфігурації (d5) енеМікроструктура евтектиковмісних матеріалів, ргостабільних атомів заліза, а його бориди Сr2В, до складу яких входять Сr, Мо та W приведена на СrВ та СrВ2 подібні за своєю структурою боридам Фіг.19-24 та 26-28. заліза. Хімічний зв'язок останнього із них також Хром у системі Fe - (Fe - 5% СrВ2) значно підузгоджується з правилом Юм-Розері е/а = 3. вищуює міцність та твердість евтектики без зменНе менш близькими за структурою до заліза шення пластичних властивостей матеріалу (табл. металами являються Мо (d5s1) та W (d4s2), які та4, п. 1), в той час як молібден і вольфрам підви5 5 кож можуть утворювати енергостабільні d (ds ) щують лише міцність та твердість евтектиковміс 11 87707 12 них матеріалів, а їх пластичність стрімко зменшупри самозаміщені заліза компонентамиється (табл. 4, п. 2-6). Значно високі механічні влаакцепторами, що приводить до підвищення тверстивості досягаються при використанні для фордості боридів та взагалі евтектики. Наприклад, мування матриць і евтектики стальних твердість евтектичного сплаву, який містить танбезвуглецевих порошків типу Fe-Cr, Fe-Mo та Feтал з ds5 - конфігурацією валентних електронів, W (табл. 4, п. 7-12). досягає величини 70 HRC (табл. 5, п. 9), у той час, Слід також зазначити, що атомний потенціал коли евтектика, у якій міститься вольфрам з ds6 конфігурацією валентних електронів, складає лиМо більший, чим у W (див. Фіг.1) на величину Dn. ше 50 HRC (табл. 4, п. 5). З фізико-хімічної точки Завдяки цьому атоми молібдену при самозбиранні зору це явище пов'язано з розрихлюючою здібнісборидних сполук являються більш активними, чим тю валентних електронів при збільшені їх загальвольфраму. Для досягнення одної і тої ж міцності ної кількості у хімічних сполуках. евтектиковмісних матеріалів достатньо мати у 1,5 Характерні ділянки евтектиковмісних матеріарази менше молібдену, чим вольфраму. лів, які містять V, Nb і Та приведені на Фіг.34-44, а До четвертої групи легуючих компонентів відмеханічні властивості - у табл. 5. носяться V(d3s2), Nb (d4s1) і Та (d3s2) (табл. 1, гр. 4). До п'ятої групи легуючих компонентів відноНа Фіг.29 приведена дериватограма евтектиковмісяться Аl (s2p1) та La (d1s2) (табл. 1, гр. 5). Ці метасного матеріалу, до складу якого входять, окрім Сr ли мають таку саму конфігурацію валентних електа Мо, легуючі компоненти V та Nb. Як видно із тронів, як бор, але завдяки більшому ефективному графіка розподілу цих компонентів (Фіг.30) ванадій заряду атомів, чим у бору, вони частково замішувходить до боридного сполучення (Fe, Ме)2 В, а ють його у боридних сполуках (Fe, Me)2B та (Fe, ніобій - до (Fe, Me) В, який разом з залізом та моMe)B. Експериментально встановлено, що, у зв'язлібденом утворюють потрійний борид (Fe, Mo, Nb) ку з погіршенням ступеню просочення евтектики В, аналогічний за складом (Фіг.31) у розглянутих усередину пористого тіла залізної матриці, легуючі вище композиціях (Фіг.15-16). Атоми бору набувадодатки Аl та La не повинні перевищувати 0,5% Аl ють конфігурації інертного газу а атоми ніобію (табл. 6) та 5% LaB6 (табл. 7). Але ці незначні до(Фіг.32) і також ніобію з молібденом (Фіг.33) - найдатки легуючих компонентів, наприклад алюмінію, більш енергостабільні d5 - конфігурації. який використовували у складі фероборалу Ба1 У цих металів число валентних електронів від(замість бору) у системі Fe - (Fe - 30% Ба1), значно повідає енергостабільній d5(ds5) конфігурації атопідвищують механічні (табл. 6) та теплофізичні мів заліза. Але у них нема зайвих електронів для (Фіг.50) властивості евтектиковмісних матеріалів. підвищення стабільності атомів бора. По цій приКрім того, легуюча добавка алюмінію істотно впличині, при утворенні боридів типу (Fe, Ме)2В та (Fe, ває на кристалізацію евтектики. У її фазі утворюМе)В вони частково заміщують залізо, але у залеються включення шпінелів (Фіг.48), а при загартужності від того, скільки при самозбиранні дозволяє ванні зразків матеріалів від температури рідиннодонор-акцепторний механізм, який діє у залежносфазного стану у воду спостерігається перетворенті від величини ядерних зарядів їх атомів, концення евтектики у металошклоподібну форму (Фіг.49). трації у сплаві, дольової величини розчинення у У процесі самозбирання боридних сполук мозалізі, температури та тривалості рідинно-фазного жна використовувати одночасно всі три механізми спікання матеріалу. У цьому випадку важливу роль зв'язку (обмінний, донор-акцепторний та ліквідвідіграє залізо, яке віддає три свої електрони і заний), що дає змогу значно підвищити, як механічні безпечує високу енергостабільність усіх атомів так і теплофізичні властивості, наприклад термоборидних сполук. механічну міцність матеріалів (Фіг.50). При цьому значно зменшується загальна кількість валентних електронів у боридних сполуках 13 87707 14 15 87707 16 17 87707 18 19 87707 20 21 87707 22 23 87707 24 25 87707 26 27 87707 28 29 87707 30 31 87707 32 33 87707 34 35 87707 36 37 87707 38 39 87707 40 41 87707 42 43 87707 44 45 87707 46 47 87707 48 49 87707 50 51 87707 52 53 87707 54 55 87707 56 57 87707 58 59 87707 60