Electrometallurgy Today, 2014, №04



2014 №04 (02)

2014 №04 (04)

---

Современная электрометаллургия, 2014, #4, 18-24 pages  

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРЫ МНОГОСЛОЙНЫХ РЕАКЦИОННЫХ ФОЛЬГ Al/Ti И Al/Ni НА ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ

Т. В. Мельниченко

Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
 
Abstract
Способом сканирующей электронной микроскопии изучены закономерности формирования структуры многослойных фольг Al/Ti и Al/Ni, полученных с использованием электронно-лучевого осаждения из паровой фазы, в исходном состоянии и после нагрева с разной скоростью. Показано, что шероховатость границ раздела между слоями фольги определяется соотношением энергии границы зерна и свободной поверхностной энергии соответствующего компонента. Установлено, что особенности формирования структуры фольг Al/Ti и Al/Ni после осаждения обеспечивают различный характер фазовых превращений (двух- и одноканальный), влияют на формирование структуры фольг при нагреве. Проведен сравнительный анализ особенностей формирования структуры в фольгах Al/Ti и Al/Ni в процессе фазовых превращений, инициированных нагревом с учетом шероховатости поверхности слоев, взаимной диффузии компонентов фольги и объемных изменений, вызванных образованием интерметаллидных соединений. Показано, что в фольге Al/Ti в процессе твердофазных реакций формируется структура с более высокой степенью пористости, чем в фольге Al/Ni, что влияет на характер прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза реакции. Особенности структурообразования многослойной реакционной фольги при нагреве будут определять выбор состава промежуточной фольги при диффузионной сварке материалов. Библиогр. 21, табл. 3, ил. 9.
 
 
Keywords: электронно-лучевое осаждение; многослойная фольга; титан; алюминий; никель; нагрев; структура; фазовые превращения; объемный эффект; пористость
 
 
Received:                07.07.14
Published:               10.11.14
 
 
References
1. Ma E., Thompson C. V., Clevenger L. A. Self-propagating explosive reactions in Al/Ni thin films // Appl. Phys. Lett. - 1990. - 57. - P. 1262-1264.
2. Рогачев А. С. Волны экзотермических реакций в многослойных нанопленках // Успехи химии. - 2008. - №77. - С. 22-38.
3. Устинов А. И., Мельниченко Т. В., Шишкин А. Е. Деформационное поведение многослойных фольг Al/Cu при нагреве в условиях постоянно действующих внешних нагрузок // Металлофизика и новейшие технологии. - 2011. - 33, № 10. - С. 1415-1423.
4. Устинов А. И., Мельниченко Т. В., Шишкин А. Е. Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок // Современ. электрометаллургия. - 2013. - № 4. - С. 27-33.
5. Wang J., Besnoin E., Duckam A. Room-temperature soldering with nanostructured foils // Appl. Phys. Lett. - 2003. - 83, № 19. - P. 3987-3989.
6. Tong M. S., Sturgess D., Tu K. N. Solder joints fabricated by explosively reacting nanolayers // Ibid. - 2008. - 92, № 14. - P. 144101-144104.
7. Cao J., Feng J. C., Li Z. R. Microstructure and fracture properties of reaction-assisted diffusion bonding of TiAl intermetallic with Al/Ni multilayer foils // J. of Alloys and Compounds. - 2008. - 466. - Р. 363-367.
8. Диффузионная сварка композитов АМг5 + 27 % AL2O3 с применением нанослойной фольги Ni/Al / А. Я. Ищенко, Ю. В. Фальченко, А. И. Устинов и др. // Автомат. сварка. - 2007. - № 7. - C. 5-9.
9. Ustinov A.I., Falchenko Yu.V., Ishchenko A.Ya. Diffusion welding of g-TiAl based alloys through nano-layered foil of Ti/Al system // Intermetallics. - 2008. - 16, № 8. -P.1043-1045.
10. Ramos A. S., Vieira M. T., Simoes S. Joining of superalloys to intermetallics using nanolayers // Advanced Materials Research. - 2009. - 59. - P. 225-229.
11. Besnoin E., Cerutti S., Knio O. M. Effect of reactant and product melting on self-propagating reactions in multilayer foils// J. Appl. Phys. - 2002. - 92, № 9. - P. 5474-5481.
12. Ustinov A., Olikhovska L., Melnichenko T. Effect of overall composition on thermally induced solid-state transformations in EB PVD Al/Ni multilayers // Surface & Coatings Technology. -Е 2008. - 2002. - Р. 3832-3838.
13. Knepper R., Snyder M. R., Fritz G. Effect of varying bilayer spacing distribution on reaction heat and velocity in reactive Al/Ni multilayers // J. Appl. Phys. - 2009. - 105, № 8. - Р. 1-9.
14. Мельниченко Т. В. Структурообразование в многослойной реакционной системе Ti/Al // Современ. электрометаллургия. - 2013. - № 2. - С. 41-47.
15. Paton B. E., Movchan B. A. Composite materials deposited from the vapour phase in vacuum // Soviet technology reviews; Section C, Welding and surfacing reviews. - 1991. - 2. - P. 43-64.
16. Lewis C., Josell D., Weihs T. P. Stability in thin film multilayers and microlaminates: the role of free energy, structure and orientation at interfaces and grain boundaries // Scripta Materialia. - 2003. - 48. - P. 1079-1085.
17. Zhang Z., Lagally M.G. Atomistic processes in the early stages of thin-film growth // Science. - 1997. - 276, №5311. - Р. 377-383.
18. Murr L. E. Interfacial phenomena in metals and alloys. - Reading, Mass.: Addison-Wesley Publishing Co, 1975. - 370p.
19. Measurement of the grain boundary energy of commercially-pure grade 2 titanium at high temperature / C. C. Camilo, E.C. Souza, P. L. D., Lorenzo, J. M. D. A. Rollo // Braz. J.Biom. Eng. - 2011. - 27, № 3. - Р. 175-181.
20. Skriver H. L., Rosengaard N. M. Surface energy and work function of elemental metals // Physical Review B. - 1992. - 45, № 11. - Р. 7157-7168.
21. Устинов А. И., Олиховская Л. А., Мельниченко Т. В. Твердофазные реакции при нагреве многослойных фольг Al/Ti, полученных способом электронно-лучевого осаждения // Современ. электрометаллургия. - 2008. - №2. - С. 19-26.