УДК 669.017

С. В. Уткін*, В. З. Кублій, С. В. Слєпцов, А. А. Бондар, П. П. Левченко, Г. А. Осокін, Т. Я. Великанова
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
*instron123@gmail.com

Поверхня солідуса системи Mo–Ni–B (стр. 3–19)

Сплави системи Mo–Ni–B із вмістом бору до ~ 41 % (ат.) було отримано дуговою плавкою, після субсолідусних відпалів вивчено методами рентгенофазового та диференційного термічного аналізів, скануючої електронної мікроскопії з локальним рентгеноспектральним аналізом і визначено температуру початку плавлення за Пірані-Альтертумом. На основі власних експериментальних даних із урахуванням літературних даних вперше побудовано проекцію поверхні солідуса системи Mo–Ni–B в області Mo–MoB_1,0–NiB_~0,8–Ni.

Ключові слова: B–Mo–Ni, діаграма стану, солідус, тернарний борид, Mo₂NiB₂.

 

UDC 621.762.5

Delong Xie*, Haiqing Qin, Feng Lin, Xiaoyi Pan, Chao Chen, Leyin Xiao, Jiarong Chen, Peicheng Mo
Guangxi Key Laboratory of Superhard Materials, Chinese National Engineering Research Center for Special Mineral Materials, China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co., Ltd, Guilin, China
*xiedelonghn@foxmail.com

Microstructures and properties of Fe–Co–Cu pre-alloyed powder for geological diamond bits (стр. 20–30)

For geological diamond bits Fe–Co–Cu alloys are the new generation of metal matrix. In this paper, the Fe–Co–Cu pre-alloys with various chemical compositions were synthesized using the co-precipitation method, which were subsequently sintered at different temperatures. The structural, thermal and properties of the powders and its sintered materials were characterized by various techniques. X-ray diffraction studies indicated that solid solutions were formed for the alloys during co-precipitation process. Microstructures of these pre-alloyed powders exhibited that the sintering process was facilitated by the irregular shapes, interconnected fine particles as well as the large surface areas. The thermal effects of the pre-alloyed powders were explored by differential scanning calorimetry. The optimal sintering temperature for each pre-alloyed powder was determined by the mechanical analysis. Scanning electron microscopic results show that the composition ratio of Fe and Cu had a significant impact on the microstructures of the sintered materials, and the 65 % Fe–20 % Cu–15 % Co alloy reached the best surface coverage over the diamond bits. The drilling performances for various pre-alloyed powders were verified by micro-drilling experiments. Those results suggested that the 65 % Fe–20 % Cu–15 % Co alloy exhibited the optimal performance for application in geological diamond drilling bits.

Keywords: pre-alloyed powder, sintering, co-precipitation method, geological diamond bit.

 

UDC 661.888.3:539.89:536

Jing Chang^1,*, Nina Ge², Ke Liu¹, Xu He^3
1College of Physics and Electronic Engineering, Sichuan Normal University, Chengdu, China
²State Key Laboratory Cultivation Base for Nonmetal Composites and Functional Materials, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, China
³Chengdu Textile College, Chengdu, China
*changjing0394@163.com

High pressure effects on structural, elastic and thermodynamic properties of tantalum mononitride (стр. 31–44)

The pressure effects on the structural, elastic and thermodynamic properties of tantalum mononitride in WC-type phase (i.e. WC–TaN) are investigated by the first-principles plane wave pseudopotential density functional theory method and the quasi-harmonic Debye model. The obtained equilibrium structure parameters and ground state properties are in excellent agreement with the experimental and other theoretical results. The calculations of the phonon dispersion curve and the density of phonon states verify that the WC–TaN is dynamically stable. A full elastic tensor and anisotropies behavior of the WC–TaN is also evaluated and discussed in the wide pressure range. The results show that WC–TaN is elastic anisotropy and mechanically stable up to 100 GPa, and the compression along c-axis direction is more difficult than along a-axis. The obtained superior mechanical properties show that WC–TaN is a promising candidate structure to be one of the ultra-incompressible and hard materials. Finally, by using the quasi-harmonic approximation model, we predicted the thermodynamic properties of WC–TaN under pressure and temperature. The heat capacity C_V, Debye temperature θ, the thermal expansion α and the Grüneisen constant γ are obtained successfully in the ranges of 0–100 GPa and 0–2000 K.

Keywords: structural properties, elastic properties, thermodynamic properties, first-principles; high pressure.

 

UDC 669.017.3

E. Viswanathan, M. Sundareswari*, S. Krishnaveni, M. Manjula, D. S. Jayalakshmi
Department of Physics (DST-FIST Sponsored), Sathyabama Institute of Science and Technology (Deemed to be University), Tamilnadu, India
*msundare.deanscience@sathyabama.ac.in

Theoretical investigation on effect of boron on improving the hardness of zincblende-aluminium nitride and its mechanical, thermal and thermoelectric properties (стр. 45–59)

In this paper, we present the outcome of ab-initio band structure study carried out on cubic phase ternary B_xAl_1–xN (x = 0, 0.125, 0.25, 0.5, 0.75, 0.875 and 1.0) alloys in order to analyze the elastic coefficients thereby the structural, thermoelectric, electronic, thermal, mechanical, and optical properties of these alloys. With the aim of enhancing the hardness of aluminium nitride (19 GPa), the present study on the proposed combinations reveal that B_0.75Al_0.25N (40.5 GPa) and B_0.875Al_0.125N (49.5 GPa) alloys turn out to be superhard materials as their hardness surpasses 40 GPa. Further, B_0.875Al_0.125N alloy has been identified to serve as a good thermoelectric as it has a high Seebeck coefficient value of 240 μV/K and of melting temperature of 4282 K. Except for the binary compounds AlN and BN, all the other ternary alloys are predicted to be direct band gap materials. The density of states, band structure, charge density plot, various elastic moduli, Debye’s temperature, elastic wave velocity, dielectric constant, Seebeck’s coefficient and other properties of interest are discussed in this paper. The results are compared and found to agree very well with the available literature.

Keywords: III–V nitrides, superhard materials, covalent bonding, brittleness, Seebeck coefficient.

 

UDC 669.018.8:661.665:544.6

Chao Liu*, Yang Liu, Yunzhu Ma, Wensheng Liu, Yuehui He
State Key Laboratory of Lightweight and High Strength Structural Materials, Central South University, Changsha 410083, China
*mseliuchao@csu.edu.cn

Influence of µ-size WC on the corrosion behavior of ultrafine WC/WC–Co cemented carbides (стр. 60–71)

The electrochemical behavior of ultrafine WC/µ–WC–Co alloy with different grain sizes of WC particles was investigated in 1M HCl and 1M NaOH solutions using potentiodynamic polarization and surface analytical techniques. Good linear grain size dependence existed for the corrosion current density (I_corr). Alloys with smaller WC exhibited better corrosion resistance. Addition of µ-size WC particles can weaken the corrosion resistance of ultrafine WC/µ–WC–Co cemented carbide. The corrosion mechanism is discussed based on the SEM and EDS analysis. The predominant dissolution of the Co particles as the binder phase in HCl solution as well as WC matrix remained at the tangent surface. The benefits of Co(OH)₂ protective film can only be utilized in alkaline solution.

Keywords: cemented carbides, electrochemical behavior, corrosion mechanism.

 

UDC 669.018.841

Xiaoqiang Li¹, Minai Zhang^{1, 2,*}, Xiaojian Xia¹, Ting Cao¹, Liang Liang¹, Huiyun Li^3
1Guangdong Key Laboratory for Advanced Metallic Materials Fabrication and Forming, South China University of Technology, Guangzhou, China
²Chemical Engineering and Materials Science, University of California, Irvine, United State of America
³Dongguan hyperpowder Co. Ltd., Dongguan, China
*zhang.ma@hotmail.com

Corrosion behavior of WC–10 wt % Ni₃Al composite in acidic media (стр. 72–83)

The room temperature corrosion behavior of WC–10 wt % Ni₃Al composite and WC–8 wt % Co hardmetal in various acidic solutions (1 M H₂SO₄, 1 M HCl and 1 M HNO₃) were compared and investigated utilizing immersion test, electrochemical measurement and surface analytical techniques. The results show that in H₂SO₄ solution WC–10Ni₃Al composite has a nobler free corrosion potential, lower corrosion current density (I_corr) values and intrinsically better corrosion resistance than WC–8Co. Notably, pseudopassivity was observed in the polarization curves of WC–10Ni₃Al in both HCl and H₂SO₄ solutions. In addition, although WC–10Ni₃Al is corroded much faster in HNO₃ solution than in the other two mediums, it exhibits a superior corrosion resistance compared to WC–8Co. The corrosion mechanism of WC–10Ni₃Al composites is dominated by Ni dissolution.

Keywords: WC–10Ni₃Al composite, intermetallics, corrosion, polarization, pseudopassivity.

 

УДК 666.233

В. Ю. Долматов^1*, V. Myllymäki², A. Vehanen², А. О. Дорохов³, М. Н. Киселев^3
1Федеральное государственное унитарное предприятие “Специальное конструкторско-технологическое бюро
“Технолог”, Санкт-Петербург, Россия
²“CarbodeonLtd. Oy”, Ваанта, Финляндия
³АО “Завод “Пластмасс”, г. Копейск, пос. Советов, Россия
*diamondcentre@mail.ru

Зависимость выхода детонационных наноалмазов от параметров детонационного процесса (стр. 84–89)

Для определения зависимости выхода детонационных наноалмазов от мощности используемых взрывчатых веществ было введено новое понятие – удельная мощность взрывчатых веществ (с которой связана скорость детонации и давление газов в плоскости Чепмена-Жуге), равная отношению теплоты взрыва к единице массы и времени. Найдена зависимость выхода детонационных наноалмазов от скорости детонации и давления в плоскости Чепмена-Жуге. Оптимальный (> 5 % (по массе)) выход детонационных наноалмазов происходит при значении удельной мощности взрывчатых веществ 30000–60000 кДж/(кг×мкс), скорости детонации 7250–8000 м/с, давлении в плоскости Чепмена-Жуге 21–28 ГПа.

Ключевые слова: детонационные наноалмазы, мощность взрывчатых веществ, давление в плоскости Чепмена-Жуге, выход наноалмазов, скорость детонации, теплота взрыва, состав зарядов взрывчатых веществ.

 

УДК 621.9: 621.923

В. І. Лавріненко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
lavrinenko@ism.kiev.ua

Пористість і водопоглинання композитів інструментального призначення як чинники підвищення зносостійкості шліфувальних кругів з НТМ. Повідомлення 3. Керамічні різальні композити (стр. 90–94)

Вперше показано, що наявність пористого простору в інструментальних кераміках дозволяє за рахунок водопоглинання впливати на процес алмазної обробки таких керамік, насамперед на покращення їх оброблюваності. Встановлено, що для оксидно-карбідних керамік ефективний термін попереднього просочування водою складає 48 год. Для менш пористих керамік термін просочування збільшується, наприклад, для оксидної кераміки складає 96 год, а для металокераміки – 192 год.

Ключові слова: оксидно-карбідна кераміка, оксидна кераміка, ефект водопоглинання, пористий простір, зносостійкість.

 

УДК 621.762

В. П. Бондаренко, Н. В. Литошенко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
lytnat@ukr.net

Залишкові термічні напруження в трифазному металокерамічному композиті з шаруватою структурою тугоплавкої складової (стр. 95–100)

Досліджено залишкові термічні напруження в трифазному металокерамічному композиті з шаруватою структурою тугоплавкої складової (зерна SiC, вкриті WC) за допомогою аналітичних методів. Встановлено, що рівень залишкових термічних напружень в розглянутих сплавах суттєво залежить від складу і об’ємного вмісту фаз прошарків та зв’язки. Отримані результати для сплавів з високим вмістом зв’язуючої фази добре узгоджуються з даними, розрахованими за допомогою іншої числової моделі.

Ключові слова: залишкові термічні напруження, трифазний металокерамічний композит, фазовий склад, шарувата структура зерна.