Структурні зміни нітриду ванадію в умовах термобаричного спікання керамоматричного композита в системі cBN—VN—Al

Abstract

Методом рентгенівської дифрактометрії детально досліджено кристалічну структуру нітриду ванадію (VN), який поряд з кубічним нітридом бору (cBN) наявний у керамоматричних композитах, отриманих HPHT спіканням (тиск 7,7 ГПа, температура 1600—2450 °С) попередньо механохімічно активованої шихти складу cBN—VN—Al (60 : 35 : 5 об. %). На підставі рентгеноструктурних розрахунків встановлено, що дефектна кристалічна структура вихідного нітриду шихти VN типу NaCl під впливом баротермічного навантаження модифікується за рахунок міграції додаткових атомів азоту з середини композита на його поверхню. Ці додаткові атоми азоту в структурі VN cтатистично розміщуються по вершинах октаедрів, розташованих навколо наявних вакансій атомів азоту з основної ґратки типу NaCl. Збагачення поверхні композита cBN—VN—Al азотом повинно позитивно впливати на деякі його поверхневі властивості, на кшталт мікротвердості та зносостійкості (як це виявлено раніше для композита cBN—TiN—Al) і забезпечувати високі експлуатаційні характеристики отриманого надтвердого керамоматричного матеріалу, призначеного для високошвидкісного (300—500 м/хв) оброблення легованих та нержавних сталей.

A comprehensive examination of the crystal structure of the VN nitride, coexisting with cubic boron nitride (cBN) in composites produced by high-pressure, high-temperature (HPHT) sintering (р = 7.7 GPa, T = 1600 — 2450 °C) of cBN-VN-Al blend (60 : 35 : 5 vol. %), was conducted using X-ray diffraction method. As a result of calculations, it is shown that the barothermal load induces alterations in the defective crystal structure of the initial VN nitride, which belongs to the NaCl-type structure. Specifically, modification occurs through the migration of additional nitrogen atoms from within the composite to its surfaces. In the VN structure, these extra nitrogen atoms statistically occupy the vertices of octahedrons situated around the vacancies present in the nitrogen sublattice. The enrichment of the cBN-VN-Al composite’s surface with nitrogen is expected to positively impact certain surface properties, including microhardness and wear resistance, thereby ensuring high-performance characteristics of the superhard ceramic material designed for high-speed (300-500 m/min) processing of alloyed and stainless steels.