Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

1 1
1

Активно развиваемые исследования по созданию наноматериалов различного применения и, в частности, металлических сплавов с нанокристаллической структурой, опираются на технологии, при которых образование сплава осуществляется в неравновесных условиях. К таким технологиям относится метод механического сплавления (МС), основанный на использовании динамической деформации смесей порошковых компонентов в высокоэнергетических шаровых мельницах. Благодаря относительной простоте метода, требующего использования мельниц различной конструкции с разной энергонапряженностью помола, возможно получение сплавов в виде порошков, которые могут, иметь как непосредственное применение, так и служить прекурсорами для компактированных материалов.

Процессы механоактивации и механохимического синтеза осуществляются в мельницах с различными конструкционными особенностями и энергетическим воздействием. В настоящее время в лабораторных и промышленных условиях используются несколько типов мельниц: шаровые мельницы планетарного и вибрационного типа, шаровые мельницы – аттриторы, мельницы истирающего типа – наковальня Бриджмена и т.д. Для изучения кинетических особенностей механохимических реакций в качестве основного параметра традиционно используется время. В настоящее время установлено, что в различных мелющих агрегатах одинаковые механохимические процессы проходят за различное время. Для сравнения кинетики механосинтеза в различных агрегатах в настоящее время предлагается использовать более универсальный энергетический подход, т.е. оценивать количество деформационной энергии проходящей через образец. Действительно, при механосинтезе компонентов одинаковых систем, с использованием различных мельниц, направление твердофазных реакций имеет сходную тенденцию (образование твердых растворов или интерметаллических соединений). Однако окончательное формирование конечных продуктов или устанавливающееся конечное состояние различно.

В последнее время большое внимание стало уделяться термодинамическим и кинетическим аспектам фазовых переходов при высокоэнергетическом воздействии, а также определению механизмов этих превращений [1].

Движущим фактором фазовых превращений при МС, фактически, является энтальпия образования конечных продуктов, однако, кинетические особенности процессов механохимического синтеза приводят к неравновесным продуктам реакции. Особенности протекающих при механической обработке процессов: импульсный характер механического воздействия и микрогетерогенность, когда процесс происходит не во всей массе твердого вещества, а лишь в особых точках на контактах или в устье трещин. В рамках этих представлений были созданы различные модели процесса, в частности, для случаев взаимодействия между газом и поверхностью твердого вещества и взаимодействия между твердыми веществами.

Существует несколько основных моделей механизмов механосинтеза в металлических системах:

1. модель локальных разогревов, при которой принимается, что площадь контакта составляет ~ 10-2 – 10-4 см2, а время контакта 10-3 – 10-5 с. С учетом этих величин, а также выделения тепла при деформации происходит существенный, вплоть до плавления, локальный разогрев компонентов с последующей фиксацией получаемого состояния;

2. модель деформационного перемешивания, основанная на том, что при периодической деформации в процессах поглощения и рассеяния энергии через вещество проходит значительная часть подводимой энергии удара, а чередование импульсов сжатия и последующей частичной релаксации остаточных напряжений с миграцией структурных дефектов придает подвижность атомной структуре;

3. модель спонтанного сплавообразования при достижении исходными компонентами нанокристаллических размеров;

4. модель образования «зернограничной фазы» подразумевает, что в процессе механоактивации в межзеренных границах создаются термодинамические предпосылки формирования фазы, которая зарождается и растет в процессе механосинтеза;

5. модель межфазных «интерфейсов», которая показывает, что фазообразование происходит при механохимических процессах в межфазных прослойках при достижении ими наноразмеров.

Главной особенностью механосинтезированных сплавов является их нанокристаллическая структура, сформированная на завершающей стадии твердофазного взаимодействия. Образование фаз тесно связано с формированием нанокристаллического состояния и оба эти процесса взаимообусловлены.