Кінетика взаємодії карбіду титану з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу сумішей TiC—VN

Abstract

Проведено детальне рентгенівське дослідження покроково відібраних продуктів механохімічного оброблення в планетарному млині трьох сумішей системи TiC—VN зі співвідношенням компонентів (мол. %) 2 : 1, 1 : 1 та 1 : 2. У результаті уточнення кристалічних структур TiC та VN виявлено, що механохімічна активація цих сумішей насамперед зумовлює накопичення в них точкових дефектів. При цьому частина атомів титану або ванадію переміщується в тетраедричні пори структур, залишаючи металеві підґратки вакантними. Цей процес супроводжується тим, що частина атомів металу залишає структури TiC або VN з формуванням в зоні реакції млина окремих кластерів відповідного металу. Утворення окремих кластерів титану або ванадію в поєднанні з накопиченням структурних вакансій створює передумови для подальшого формування взаємних твердих розчинів заміщення, усереднений склад яких за даних режимів механохімічного синтезу становить (ат. %): 47 Ti, 6 V та 47 C для (Ti,V)C; 41 V, 7 Ti та 52 N для (V,Ti)N. Докладно розглянуто кінетику процесу формування зазначених твердих розчинів. Отримані фінальні нанокристалічні порошки (розмір кристалітів до 20 нм) механохімічно оброблених сумішей TiC—VN будуть апробовані як добавки для поліпшення функціональних властивостей сплавів медичного титану.A detailed X-ray diffraction study of stepwise selected products of mechanochemical treatment in a planetary mill consisting of three mixtures of the TiC—VN system with a ratio of components (mol %) of 2 : 1, 1 : 1 and 1 : 2 has been carried out. It was shown that the mechanochemical activation of these mixtures primarily leads to the accumulation of point defects in them, resulting in the pulverization of crystal structures of titanium carbide TiC and vanadium nitride VN. At the same time, a part of titanium or vanadium atoms moves into the tetrahedral pores of the structures, leaving the metal sublattices vacant. This process is accompanied by the fact that some of the metal atoms leave the TiC or VN structures with the formation of separate clusters of the corresponding metal in the reaction zone of the mill. The formation of separate titanium or vanadium clusters in combination with the accumulation of structural vacancies creates prerequisites for the further formation of mutual solid substitution solutions, the average compositions of which under the given modes of mechanochemical synthesis are (at. %): 47 Ti, 6 V and 47 C for (Ti,V )C; 41 V, 7 Ti and 52 N for (V,Ti)N. The kinetics of the formation process of these solid solutions has been investigated in detail. The final nanocrystalline powders (crystallite size up to 20 nm) of mechanochemically processed TiC—VN mixtures obtained in the work will be tested as additives to improve the functional properties of medical titanium alloys.