Combustion of Ti–Al–C compacts in air and helium: A TRXRD study

The article discusses the features of combining the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of the Ti3AlC2 MAX phase porous skeleton with infiltration by aluminum melt in a spontaneous mode in order to obtain enlarged samples of Ti3AlC2–Al ceramic-metal composite (MAX cermet) in an air atmosphere. A new scheme was developed for obtaining long-length SHS cermet samples from a bulk density charge with spontaneous infiltration by melt in the same direction with the combustion wave movement, which makes it possible to regulate the time gap between the end of the Ti3AlC2 synthesis and the beginning of the spontaneous pore filling with aluminum melt. This technology was used to obtain a Ti3AlC2 SHS skeleton with a total length of 250 mm and a diameter of 22–24 mm where the depth of infiltration with pure aluminum was about 110 mm, and impregnation with the Al–12%Si alloy was 130 mm. The paper provides comparative data on density, microstructure, and phase composition at different areas along the length of MAX cermet samples obtained. It was found that infiltration with pure aluminum destroys the Ti3AlC2 MAX phase to transform it into a mixture of TiC + TiAl3 phases in the SHS cermet, and 12 % Si added to the Al melt promote Ti3AlC2 preservation in the cermet to a some extent. Instead of MAX cermet samples with the target composition of Ti3AlC2–Al and Ti3AlC2–(Al–12%Si), long-length samples of SHS cermets with a different actual phase composition were obtained: TiC–TiAl3–Al and TiC–Ti3AlC2–TiAl3–(Al–12%Si), respectively, where the Ti3AlC2 MAX phase either practically absent or present in small quantities. The average hardness values of TiC–TiAl3–Al and TiC–Ti3AlC2–TiAl3–(Al–12%Si) SHS cermets were HB = 640 and 740 MPa, density ρ = 2.88÷3.16 g/cm3 and 3.03÷3.13 g/cm3, and residual porosity П = 17.0÷24.6 % and 17.6÷20.3 %, respectively.

Section: результаты и их обсуждениеunclassified

Investigation of possibility of fabrication of long-length samples of Ti3AlC2–Al MAX-cermet by the SHS method with spontaneous infiltration by aluminum melt

Амосов

Latukhin

Umerov

et al. 2022

“…Данная стадийность превращений отличается от фазообразования при синтезе МАХфаз. Так, например, в работах [39][40][41]…”

Section: результаты и их обсуждениеunclassified

Self-propagating high-temperature synthesis of MoAlB boride ceramics based on MAB-phase

Potanin

Bashkirov

Pogozhev

et al. 2022

Self Cite

This study focuses on the combustion kinetics and mechanisms of reaction mixtures in the Mo–Al–B ternary system taken so that the MoAlB MAB phase was formed. The effect of the initial temperature on the key combustion parameters was demonstrated. Reaction mixture preheating was found to weakly affect the maximum combustion temperature. The effective activation energy of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) was calculated. Phase diagrams in the Mo–Al–B system were built using the AFLOW and Materials Project databases. The phase composition and structure of the synthesized ceramics with MoAlB lamellar grains 0.4 μm thick and ~2–10 μm long as a main component were studied. The DXRD lines of MoB and Mo2B5 intermediate borides with their total content of ≤3 % were also identified. Scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy studies revealed that the Al2O3 phase was present in the intergranular pores. A sequence of chemical transformations in the combustion wave was studied, and a hypothesis about the structure formation mechanism was put forward. MoO2 and Al2O3 can be the primary phases during SHS, and the MoAlB phase is formed from the boron-containing aluminum–molybdenum melt. Submicron-sized MoB precipitates are formed in the post-combustion zone due to the partial oxidation of aluminum by the dispersion strengthening mechanism.

“…В ряду МАХ-фаз, полученных к настоящему времени, наибольший интерес, с позиций уровня их свойств, представляют тройные соединения в системе Ti-Al-C: Ti 2 AlC и Ti 3 AlC 2 . Синтез таких соединений проводится, как правило, методами горячего изостатического прессования (HIP), реакционного спекания [10][11][12], спекания в разряде плазмы (SPS) [13,14] и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [15][16][17][18][19][20] [21].…”

Section: Introductionunclassified

Obtaining of Ti2AlC and Ti3AlC2 MAX phases by SHS with reduction stage

Вершинников

Kovalev

2020

Self Cite

Работа посвящена получению порошков МАХ-фаз Ti 2 AlC и Ti 3 AlC 2 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) по схеме магнийтермического восстановления из оксидного сырья. Источником титана служил его оксид TiO 2 , в качестве восстановителя использовался магний. Очистку от оксида магния проводили в разбавленной соляной кислоте при температуре 70 °С и концентрации 1 : 3. Выход целевого продукта при магнийтермическом восстановлении составляет 35-40 %. Выявлено, что при стехиометрическом соотношении компонентов продукт синтеза после химического выщелачивания в соляной кислоте состоит из Ti 2 AlC, MgAl 2 O 4 и TiC. Формирование шпинели MgAl 2 O 4 связано с недостатком восстановителя магния в шихте, при этом часть алюминия вступает в реакцию восстановления титана из его оксида с образованием Al 2 O 3 . Это приводит к получению шпинели MgO•Al 2 O 3 . Увеличение содержания избыточного магния в шихте от 20 до 30 мас.% обусловливает полное восстановление титана из его оксида магнием с образованием МАХ-фазы Ti 2 AlC и карбида титана. Снижение количества углерода в шихте на 10 мас.% влечет уменьшение доли карбида титана до 4 %. При избыточном содержании сажи от 20 до 35 % образуется продукт, содержащий МАХ-фазы Ti 3 AlC 2 , Ti 2 AlC и TiC, причем массовая доля Ti 3 AlC 2 повышается от 86 до 89 % соответственно. Полученные порошки представляют собой агломераты (87 % из них меньше 65 мкм), состоящие из тонких пластин МАХ-фаз толщиной 70-100 нм.Ключевые слова: МАХ-фазы Ti 3 AlC 2 , Ti 2 AlC, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), порошки, магнийтермическое восстановление.