Формирование структурно-фазового состояния Ti–Al материалов с добавками Hf, полученных гидридной технологией

Приведено описание структурно-фазового состояния композиционных материалов TiHf₅₀, AlHf₅₀, TiAl₄₉Hf₂, полученных гидридной технологией. Построена трехкомпонентная фазовая диаграмма для Ti–Al–Hf при температуре 1150°С. Прогноз структурного состояния сплавов TiAl₄₉Hf₂ производили на основе эталонных решеток (код USPEX с интерфейсом VASP), дополнительно проведены квантово-химические расчеты энергии TiAl₄₉Hf₂ в коде CASTEP. Показано, что в образце сплава TiAl₄₉Hf₂ доминируют твердые растворы, в составе которых преобладают основные элементы Al₁₀ – Ti₉Al₂₃ – Ti₈. Атомы Hf могут быть внедрены в междоузлия [–0.257 0.042 0.2545] (St–Hf– 27), [0.0053 –0.0120 –0.0765] (St–Hf–143), [0.5 0.5 0.5] (St–Hf). Внедрение гафния в указанные узлы решеток не нарушает стабилизирующий эффект в системах TiAl₄₉Hf₂. Показано, что максимальное значение микротвердости (4,9 ГПа) получено при испытании образца TiHf₅₀ (для сравнения: для системы TiAl₅₀ – 1,2 ГПа, для системы TiAl₄₉Hf₂ – 2,2 ГПа).

1. Гилев И. О., Шубин А. Б., Котенков П. В. Термодинамические характеристики расплавов бинарной системы Al–Hf // Расплавы. – 2021. – № 1. – С. 46–54.

2. Bai X., Li Y., Xiao B., Rao Y., Liang H., He L., Feng J. Structural, mechanical, electronic properties of refractory Hf–Al intermetallics from SCAN meta-GGA density functional calculations // Materials Chemistry and Physics. – 2020. – N 254. – P. 123423. – DOI 10.1016/j.matchemphys.2020.123423.

3. Скачков В. М., Яценко С. П., Пасечник Л. А., Сабирзянов Н. А. Получение лигатур Al–Sc, Al–Y, Al–Zr, Al–Hf в расплаве солей и последующее их обогащение // Труды Кольского научного центра РАН. – 2018. – Т. 9, № 2–1. – С. 443–448. – DOI 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.443–448.

4. Юхвид В. И., Андреев Д. Е., Санин В. Н., Сачкова Н. В. Энергетическое стимулирование автоволнового синтеза алюминидов гафния // Химическая физика. – 2017. – Т 36, № 9. – С. 40–44. – DOI 10.7868/S0207401X17090163.

5. Zhou Y. L., Niinomi M., Akahori T. Dynamic Young's Modulus and Mechanical Properties of Ti–Hf Alloys // Materials Transactions. ‒ 2004. ‒ V. 45, N 5. ‒ P. 1549‒1554.

6. Алексанян А.Г., Маилян Д. Г., Долуханян С. К., Шехтман В. Ш., Тер-Галстян О. П. Cинтез гидридов и получение сплавов в системе Ti–Hf–H // Альтернативная энергетика и экология. ‒ 2008. – № 9.

7. Sato H., Kikuchi M., Komatsu M., Okuno O., Okabe T. Mechanical properties of cast Ti–Hf alloys // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. – 2005. – Т. 72, N 2. – С. 362–367. – DOI 10.1002/jbm.b.30169.

8. Хлебникова Ю. В., Родионов Д. П., Егорова Л. Ю., Суаридзе Т. Р. Кристаллографические особенности структуры α-фазы гафния и сплавов гафний–титан // Журнал технической физики. ‒ 2019. – Т. 89, № 1. ‒ DOI 10.21883/JTF.2019.01.46968.86–18.

9. Kosmachev P. V. Abzaev Yu. A., Vlasov V. A. Quantitative phase analysis of plasma-treated high-silica materials // Russian Physics Journal. – 2018. – V. 61, N 2.

10. Oganov A. R., Lyakhov A. O., Valle M. How Evolutionary Crystal Structure Prediction Works and Why // Acc. Chem. Res. – 2011. – V. 44, N 3. – P. 227–237.

11. Oganov A. R., Glass C. W. Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications / The Journal of chemical physics. – 2006. – V. 124, N 24.

12. Ажажа Р. В., Ковтун К. В., Малыхин С. В., Мерисов Б. А., Пугачёв А. Т., Решетняк Е.Н., Хаджай Г.Я. Накопление водорода в гафнии: структура и электросопротивление // Физика металлов и металловедение. – 2008. – Т. 105, №. 2. – С. 201–205.

13. Chen S., Chen Z., Wang J., Zeng Y., Song W., Xiong X., Li X., Li T. Insight into the effect of Ti substitutions on the static oxidation behavior of (Hf,Ti)C at 2500°C // Advanced Powder Materials. – 2008. – V. 3, N 2. – P. 100168. DOI 10.1016/j.apmate.2023.100168.

14. Хлебникова Ю. В., Родионов Д. П., Суаридзе Т. Р., Егорова Л. Ю., Казанцев В. А., Николаева Н. В. EBSD-анализ структуры литых и закаленных сплавов гафний–титан // Физика металлов и металловедение. – 2018. – Т. 119, № 9. – С. 913–922. – DOI 10.1134/S0015323018090073.

15. СOD [Электронный ресурс] // Crystallography Open Database. URL: https://www.crystallography.net/cod/search.html (дата обращения: 28.03. 2024).

16. OQMD [Электронный ресурс] // The Open Quantum Materials Database. URL: https://oqmd.org/materials/composition (дата обращения 28.03. 2024).

17. Belgibayeva А., Abzaev Yu., Karakchieva N., Erkasov R., Sachkov V., Kurzina I. The Structural and Phase State of the TiAl System Alloyed with Rare-Earth Metals of the Controlled Composition Synthesized by the “Hydride Technology” // Metals. – 2020. – V. 10. – P. 859. – DOI 10.3390/met10070859.

18. Патент РФ 2012128394/02. Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана / Попова Э. А., Котенков П. В., Пастухов Э. А., Бодрова Л. Е., 2006.