Труды КНЦ вып.8 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2017(8))

Интерметаллидные сплавы на основе титана, алюминия и ниобия обладают повышенными эксплуатационными характеристиками. Данные сплавы считаются привлекательными для применения в авиационной промышленности, что обусловлено их низкой плотностью, высокой температурой плавления, высокой удельной прочностью и пластичностью [1].Они могут использоваться в качестве конструкционных материалов для деталей газотурбинных двигателей, как материалы защитного покрытия, характеризующегося высокими механическими и антикоррозионными свойствами, а также как промежуточный полупродукт - лигатура, используемый для последующего получения специальных алюминиевых и титановых сплавов. Из известных способов получения титан - алюминиевых сплавов[2, 3] применяется метод, когда брикеты из смеси чистых порошков металлов переплавляют в вакууме. Также известны методы металлотермического восстановления титана и, других металлов (например, Zr, Nb, Ta, Mo, Ni) из оксидных соединений, среди которых можно выделить процессы как с использованием только тепла экзотермических реакций [2-4], так и с дополнительным подводом электрической энергии [5, 6]. При получении сплавов с высоким содержанием титана (более 40 % Ti) последний способ может быть перспективен, так как позволяет исключить использование в шихтах необходимых для поддержания теплового режима процесса дорогостоящих и экологически вредных тепловых добавок. Для успешной реализации металлотермического процесса требуются данные о последовательности образования металлических и оксидных соединений и целесообразности использования того или иного восстановителя. Поэтому целью настоящей работы было исследование закономерностей, определяющих формирование металлической и оксидной фаз при алюминотермическом восстановлении титана и ниобия из оксидов в заданных температурных условиях. Были проведены расчеты по термодинамическому моделированию совместного алюминотермического восстановления титана, ниобия из оксидов с использованием программного пакета HSC-6.1 [7], работа которого основана на принципе минимизации свободной энергии Гиббса исследуемой замкнутой системы [8, 9]. При выполнении термодинамических расчетов, в программу HSC-6.1 были интегрированы соответствующие данные для системы Ti - Al - Nb, что позволило провести корректное термодинамическое моделирование систем Al - TiO2 (Nb2O5) для температур 1200 - 1700°С, Термодинамическое моделирование влияния температуры на взаимодействия в смеси (% масс.) 12.1 TiO2 - 40.24 Nb2O5 - 47.65 Al показало наличие в металлической фазе (рисунок 1) алюминия, ниобия, титана, а также интерметаллидов Al3Ti, AlTi, Nb2Al, NbAl3, Nb3Al. Ниобий в данной системе может быть восстановлен как до чистого металла, так и до образования его алюминидов. Оксидная фаза согласно термодинамическому анализу, состоит большей частью из оксида Al2O3, а также из оксида TiO. Анализ взаимодействий с изменением расхода восстановителя (рисунки 2 и 3) показывает, что ниобий и титан могут практически полностью перейти в металлическую фазу в виде металлического ниобия или алюминидов Al3Ti, Nb2Al, NbAl3, AlTi. При этом при расходе алюминия менее 30 % образование алюминидов ниобия будет более предпочтительным в сравнении с образованием алюминидов титана. Восстановление ниобия и титана будет происходить через образование оксидов низшей валентности NbO2, NbO и TiO, соответственно. 144