Особливості формування фаз NiCx (x < 0,33) за умов механохімічного легування сумішей Ni-ВНТ і Ni-графіт

Abstract

Методом механохімічного легування сумішей порошків нікелю з багатошаровими вуглецевими нанотрубками або нікелю з графітом у високоенергетичному кульовому планетарному млині синтезовано нанорозмірний карбід NiCx (x ≤ 0,33) з дефектною кубічною структурою типу сфалериту (α = 0,3550 нм). У результаті комплексного рентгенівського дослідження продуктів синтезу із застосуванням фазового аналізу, з уточненням кристалічної структури фаз, з визначенням мікродеформації кристалічної гратки та залишкової напруги виявлено особливості формування цього карбіду. Показано, що атомам вуглецю з аморфізованих ВНТ, вочевидь, притаманний дещо менший ефективний радіус, ніж атомам вуглецю з аморфізованого під час механохімічної обробки графіту. Визначено мікротвердість за Вікерсом HP-HT компактованих зразків NiC₀,₃₃ (6,9—7,2 ГПа). Цей компактний матеріал апробований для нанесення з нього покриттів за електронно-променевою технологією. Отримані тонкі (до 150 нм) покриття мають високу адгезійну здатність до застосованих підкладок з кремнію та плавленого скла, високу стійкість до їх стирання, характеризуються високою термічною стабільністю в інтервалі температур до 850 °C і можуть бути рекомендовані для використання як жароміцні захисні покриття.

Nanoscaled NiCx carbide (x ≤ 0.33) with a defective cubic structure of the sphalerite type (a = 0.3550) was synthesized in a high-energy ball planetary mill by the mechanical alloying of two different charges: a nickel powder and multiwalled carbon nanotubes (CNT) or a mixture of nickel and graphite powders. The features of the formation of this carbide were revealed on the basis of a complex X-ray study of synthesis products with the use of phase analysis, refinement of the crystalline structure of the phases, the determination of the micr-deformation of the crystal lattice, and residual stresses. As a result, it has been shown that carbon atoms from amorphized CNT, apparently, have a somewhat smaller effective radius than the carbon atoms from amorphous graphite. The Vickers microhardness of HP-HT compacted NiC₀,₃₃ (6.9—7.2 GPa) samples was determined. This compact material has been tested as a potential material used in the coating deposition by electron beam technology. Thin films obtained (up to 150 nm) possess a high adhesion to silicon substrate, as well as to a substrate made of fused glass, and high abrasion resistance. These coationgs are characterized by a high thermal stability in the temperature range up to 850 °C and could be recommended for applications as heat resistant protective coatings.

Методом механохимического легирования смесей порошков никеля с многослойными углеродными нанотрубками (УНТ) или никеля с графитом в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице синтезирован наноразмерный карбид NiCx (x ≤ 0,33) с дефектной кубической структурой типа сфалерита (α = 0,3550 нм). В результате комплексного рентгеновского исследования продуктов синтеза с применением фазового анализа, с уточнением кристаллической структуры фаз, с определением микродеформации кристаллической решетки и остаточного напряжения выявлены особенности формирования этого карбида. Показано, что атомам углерода с аморфизированных УНТ, очевидно, присущий меньший эффективный радиус, чем атомам углерода с аморфизированного при механохимической обработке графита. Определена микротвердость по Виккерсу HP-HT компактированных образцов NiC₀,₃₃ (6,9—7,2 ГПа). Этот компактный материал апробирован для нанесения из него покрытий электронно-лучевой технологией. Полученные тонкие покрытия (до 150 нм) имеют высокую адгезионную способность к примененным подложкам из кремния и плавленого стекла, высокую стойкость к их истиранию, характеризуются высокой термической стабильностью в интервале температур до 850 °С и могут быть рекомендованы для использования в качестве жаропрочных защитных покрытий.