Влияние неравновесного реакционного взаимодействия Cu и Al в твёрдой фазе на процесс формирования Al$_4$Cu$_9$ фазы в системе Cu–Al

Я. И. Матвиенко$^{1}$, С. С. Полищук$^{1}$, А. Д. Рудь$^{1}$, Т. М. Мика$^{1}$, А. И. Устинов$^{2}$, С. А. Демченков$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ул. Казимира Малевича, 11, 03150 Киев, Украина

Получена: 02.10.2019. Скачать: PDF

На примере состава Cu–20% масс. Al исследованы особенности реакционного взаимодействия Cu и Al в твёрдой фазе в зависимости от условий смешивания компонент: при механическом легировании (МЛ) элементарных порошков и их спекании; в результате термической активации диффузионного взаимодействия между слоями многослойных Cu/Al фольг (МФ), полученных методом электронно-лучевого осаждения. Фазовые превращения, обусловленные термомеханической обработкой смесей компонент, исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК). Показано, что МЛ в течение 8 часов способствовало формированию неупорядоченной $\beta$-фазы (структурный тип А2) с объёмноцентрированной кубической решёткой (ОЦК). Отжиг порошков при температуре 500°С и их спекание при 850°C и 30 МПа приводили к упорядочению $\beta$-фазы и её преобразованию в $\gamma_2$-Al$_4$Cu$_9$-фазу (типа D8$_3$). В случае МФ после отжига при температуре 150°С наблюдается формирование двухфазной структуры: $\beta$ + $\theta$-Al$_2$Cu. С увеличением температуры отжига до 200–400°С происходит формирование и рост объёмной доли $\eta_2$–AlCu-фазы, а после отжига при 500–850°С фазовый состав соответствовал $\eta_2$-AlCu + $\gamma_2$-Al$_4$Cu$_9$. Отличия фазовых превращений в системе, полученной механическим легированием, и в МФ связываются с разными механизмами превращений: диффузионным в порошковых композитах и сдвиговым в МФ. Рассмотрено влияние модификации структурно-фазового состояния Cu–20% масс. Al композитов на их механические свойства.

Ключевые слова: Cu–Al-композиты, механическое легирование, твёрдофазное спекание, электронно-лучевое осаждение, Al$_4$Cu$_9$-фаза.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i02/0143.html

PACS: 61.05.cp, 62.25.-g, 64.60.Cn, 64.60.My, 64.70.kd, 64.70.Nd, 81.20Ev


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. E. Mizutani, Hume-Rothery Rules for Structurally Complex Alloy Phases (Taylor and Francis Group LLC: 2011). Crossref
  2. R. Dasgupta, J. Mater. Res., 29: (2014). Crossref
  3. D. Turnbull, MTA, 12: 695 (1981). Crossref
  4. N. S. Larionova, R. M. Nikonova, A. L. Ul’yanov, M. I. Mokrushina, and V. I. Lad’yanov, Phys. Met. Metallogr., 120, No. 9: 858 (2019). Crossref
  5. C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci., 1: 46 (2001). Crossref
  6. M. A. Shaik and B. R. Golla, J. Mater. Sci. Metals, 53: 14694 (2018). Crossref
  7. A. G. Merzhanov, J. Mater. Chem., 14: 1779 (2004). Crossref
  8. B. E. Paton, A. Ya. Ishchenko, and A. I. Ustinov, The Paton Welding Journal, 12: 2 (2008).
  9. M. J. Morán, A. M. Condó, F. Soldera, M. Sirena, and N. Haberkorn, Mater. Lett., 184: 17 (2016). Crossref
  10. Yu. M. Koval’ and V. A. Lobodyuk, Usp. Fiz. Met., 7, No. 2: 53 (2006). Crossref
  11. O. Zobac, A. Kroupa, A. Zemanova, and K. Richter, Metall. Materials Trans. A, 50A: 3805 (2019). Crossref
  12. N. Ponweiser, Ch. L. Lengauer, and K. W. Richter, Intermetallics, 19: 1737 (2011). Crossref
  13. X. J. Liu, I. Ohnuma, R. Kainuma, and K. Ishida, J. Alloys Compd., 264, Iss. 1–2: 201 (1998). Crossref
  14. J. C. de Lima, D. M. Triches, V. H. F. dos Santos, and T. A. Grandi, J. Alloys Compd., 282: 258 (1999). Crossref
  15. I. Manna, P. P. Chattopadhyay, B. Chatterjee, and S. K. Pabi, J. Mater. Sci., 36: 1419 (2001). Crossref
  16. F. Li, K. N. Ishihara, and P. H. Singu, Metall. Trans. A, 22: 2849 (1991). Crossref
  17. D. Y. Ying and D. L. Zhang, J. Alloy Compd., 311: 275 (2000). Crossref
  18. R. Besson, J. Kwon, L. Thuinet, M.-N. Avettand-Fènoël, and A. Legris, Phys. Rev. B, 90: 214104 (2014). Crossref
  19. J. Kwon, L. Thuinet, M.-N. Avettand-Fènoël, A. Legris, and R. Besson, Intermetallics, 46: 250 (2014). Crossref
  20. F. Haidara, M.-Ch. Record, B. Duployer, and D. Mangelinck, Surf. Coat. Technol., 206: 3851 (2012). Crossref
  21. W. Wang and K. Lu, Acta Metall Sin., 39(1): 1 (2003).
  22. A. Ustinov, Ya. Matvienko, S. Polishchuk, and A. Shishkin, The Paton Welding Journal, 10: 23 (2009).
  23. L. A. Olikhovskaya, T. V. Melnichenko, Ya. I. Matvienko, and A. I. Ustinov, Sovremennaya Elektrometallurgiya, 2: 27 (2009).
  24. P. Yu. Butyagin and A. N. Streletskii, Phys. Solid State, 47: 856 (2005). Crossref
  25. G. K. Williamson and W. H. Hall, Acta Metal., 1: 22 (1953). Crossref
  26. R. Hielscher and H. Schaeben, J. Appl. Cryst., 41: 1024 (2008). Crossref
  27. S. R. Ignatovich, I. M. Zakiev, and D. I. Borisov, Strength of Materials, 38, Iss. 4: 428 (2006). Crossref
  28. P. R. Swann and H. Warlimont, Acta Metall., 11: 511 (1963). Crossref
  29. Ya. I. Matvienko, A. Rud, S. Polishchuk, Yu. Zagorodniy, N. Rud, and V. Trachevski, Appl. Nanosci., (2019). Crossref
  30. Ya. I. Matvienko, A. D. Rud, S. S. Polishchuk, N. D. Rud, S. O. Demchenkov, and A. Yu. Klepko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 11: 1519 (2019). Crossref
  31. Ya. I. Matvienko, S. S. Polishchuk, A. D. Rud, T. M. Mika, V. I. Bondarchuk, and S. A. Demchenkov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 8: 981 (2019). Crossref
  32. R. K. Ray and J. J. Jonas, International Materials Reviews, 35, Iss. 1: 1 (1990). Crossref
  33. G. Stone and G. Thomas, Metall. Trans., 5: 2095 (1974). Crossref
  34. A. I. Ustinov and S. A. Demchenkov, Intermetallics, 84: 82 (2017). Crossref
  35. G. Gubbels, M. Kouters, O. O’Halloran, and R. Rongen, 3rd Electronics System Integration Technology Conference ESTC (September 13–16, 2010, Berlin). Crossref
  36. A. M. Glezer and I. E. Permyakova, Nanokristally, Zakalyonnye iz Rasplava (Moscow: Fizmatlit: 2012).