Кристаллическая структура и свойства сплава Ti0.70Mo0.30C

В работе показано, что методом высокотемпературного синтеза можно получить сплав Ti0.70Mo0.30C, не уступающий вольфрамосодержащим сплавам по своим механическим и коррозионностойким свойствам. Изучена кристаллическая структура данного сплава методом дифракции нейтронов. Кристаллическая структура данного сплава гранецентрированная кубическая, описывается в рамках пространственной группы Fm3m, в которой атомы титана и молибдена взаимозамещены и статистически занимают позиции 4 b, а атомы углерода статистически занимают октаэдрические позиции 4 a.
Определено усредненное полное среднеквадратичное смещение атомов в сплаве Ti0.70Mo0.30C по данным дифракции нейтронов методами наименьших квадратов и польнопрофильного анализа дифрактограмм. Показано, что в карбиде титана TiC замена части атомов металла (Ti) или атомов неметалла (C) одного сорта с другим, отличающимся с внешней валентной электронной конфигурацией, приводит к возникновению больших статических искажений в подрешетках трехкомпонентных сплавов Ti0.70Mo0.30C, TiC0.30N0.70 и TiC0.30N0.70 по сравнению со сплавом TiC. Таким образом, показано, что замена в карбиде титана TiC части атомов титана Ti с атомами Мо из-за их отличающихся с внешней валентной электронной конфигурацией приводит к возникновению статических искажений в решетках трехкомпонентных сплавов Ti0.70Mo0.30C.
Показано, что микротвердость сплава Ti0.70Mo0.30C на 19 % больше, чем микротвердость двухкомпонентного сплава карбида титана TiC. Это можно объяснить тем, что возникающие статические искажения в подрешетках трехкомпонентных сплавов Ti0.70Mo0.30C приводит к увеличению его микротвердости по сравнению с двухкомпонентным сплавом карбида титана TiC. Появление больших статических искажений, по-видимому, приводит к торможению движений дислокаций в трехкомпонентном сплаве. Следовательно, замена части атомов Ti на Mo, а также части атомов С на N в решетке карбида титана TiС может быть способом изменения динамических характеристик его кристаллической решетки.
Результаты могут быть использованы в области конструкционного материаловедения.

1. Бурков, П.В. Структурообразование, фазовый состав и свойства композиционных материалов на основе карбида титана: учеб. пособие / П. В. Бурков. –Томск.: изд., ТПУ, 2011. – 190 с.

2. Бурков, П.В. Влияние содержания молибдена на структурные характеристики двойного карбида (Ti, Mo)C [Текст] / П.В. Бурков, С.Н. Кульков // Ползуновский вестник. – 2005. – № 2. (ч. 2). – С. 55-61.

3. Bandyopadhyay, D. The Ti-Mo-C (TitaniumMolybdenum-Carbon) System / D. Bandyopadhyay [et al.] // Journal of Phase Equilibria. –1999. –Vol. 20. – No. 3. – P. 332-336.

4. Shim, J.H. A thermodynamic evaluation of the TiMo-C system / J.H. Shim, C.S. Oh, D.N. Lee // Metallurgical and Materials Transactions B. –1996. –Vol. 27. – No. 6. –P. 955-966.

5. Wang, Z. Evolution of (Ti, Mo)C particles in austenite of a Ti–Mo-bearing steel / Z. Wang [et al.] // Materials and Design. – 2016. –Vol. 109. –P. 361-366.

6. Зуева, А.В. Влияние нестехиометрии и упорядочения на период базисной структуры кубического карбида титана [Текст] / А.В. Зуева, А.И. Гусев // ФТТ. –1999. –Т. 41. –вып. 7. – С. 1134-1141.

7. Гусев, А.И. Обзоры актуальных проблем. Превращения порядок-беспорядок и фазовые равновесия в сильно нестехиометрических соединениях / А.И. Гусев // Успехи физ. наук. – 2000. – Т. 170. – № 1. – С. 3-40.

8. Самсонов, Г.В. Тугоплавкие соединения / Г.В. Самсонов, И.М. Виницкий.- М.: Металлургия, 1976.- 580 с.

9. Шоюсупов, Ш. Нейтронный дифрактометр, сопряженный с компьютером IBM-PС / Ш. Шоюсупов [и др.] // Журнал проблемы энергетики и информатики. – 2002. – № 2. – С. 11-16.

10. Young, R.A. Profile Scope Functions in Rietveld Refinements / R.A. Young, D.B. Wilas // J. Appl. Cryst. –1982. –Vol. 15. – P. 430 - 438.

11. Rodríguez-Carvajal, J. Recent Developments of the Program FULLPROF, in Commission on Powder Diffraction (IUCr) / J. Rodríguez-Carvajal // Newsletter. –2001. – Vol. 26. – P. 12-19.

12. Will, G. Powder Diffraction: The Rietveld Method and the Two Stage Method of Determine and Refine Crystal Structures from Powder Diffraction Data / G. Will. – New York: Springer, 2005. – 224 p.

13. Кржижановская, М.Г. Применение метода Ритвельда для решения задач порошковой дифрактометрии / М.Г. Кржижановская, В.А. Фирсова, Р.С. Бубнова. Учебное пособие. Санкт-Петербургский университет, 2016. – 67 с.

14. Гусев, А.И. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле / А. И. Гусев. – Москва.: Физматлит, 2007. – 856 c.

15. Ремпель, А. А. Нестехиометрия в твердом теле / А.А. Ремпель, А.И. Гусев. – Москва.: Физматлит, 2018. – 636 с.

16. International Tables for Crystallography. Vol. A: Space-Group Symmetry / Ed. Theo Hahn. – Dordrecht (The Netherlands): Springer, 2005. – 911 p.

17. International Tables for Crystallography. Volume C: Mathematical, Physical and Chemical Tables /Ed. Prince E. – Dordrecht (The Netherlands): 2004.- 1000 p.

18. Хидиров, И. Нейтронографическое исследование систем Ti-C, Ti-N, Ti-C-H и Ti-N-H / И. Хидиров.-Saarbrucken (Deutschland): LAP LAМBERT Academic publishing, 2014.-286 р.

19. Хидиров, И. Раздельное определение динамических и статических среднеквадратичных смещений атомов карбида титана методом дифракции нейтронов [Текст] / И. Хидиров, А.С. Парпиев // Кристаллография. – 2011. – Т. 56. – № 3. – С. 504-508.

20. Хидиров, И. Концентрационная зависимость среднеквадратичного смещения атомов в карбонитриде титана TiCxNy [Текст] / И. Хидиров, С.Дж. Рахманов // Международный научный журнал. Альтернативная энергетика и экология. – 2017. – № 13-15. – С. 68-76.