Механохимический синтез нанодисперсного карбида Cr₃C₂

Abstract

Методом размола в планетарной мельнице хрома и углерода, вводимого в виде сажи, можно получить наноструктуру однофазного Cr₃C₂ в течение 90 мин. Процессу образования карбида способствует диспергирование исходных компонентов до размера частиц около 60 нм. Измельчение до наноуровня в системе Cr–C приводит к аномальному взаимодействию между наночастицами углерода и хрома, что проявляется в определении 10 масс.% связанного углерода в измельченной в течение 30 мин смеси. Образовавшиеся прочные связи между хромом и углеродом в результате размола служат зародышами карбидной фазы на границе раздела фаз Cr–C, и увеличение времени размола до 90 мин или же низкотемпературный отжиг при 600 °С приводят к образованию Cr₃C₂. Твердость поликристалла карбида хрома, спеченного из нанодисперсного порошка, значительно превышает твердость поликристалла, полученного из карбида хрома с размером частиц около микрона.

Методом розмелу в планетарному млині хрому й вуглецю, введеного у вигляді сажі, можна одержати протягом 90 хв наноструктуру однофазного Cr₃C₂. Процесові утворення карбіду сприяє диспергування вих ідних компонентів до розміру частинок близько 60 нм. Подрібнення до нанорівня в системі Cr–C призводить до аномальної взаємодії між наночастинками вуглецю та хрому, про що свідчить виявлення 10 мас.% зв’язаного вуглецю в подрібненій упродовж 30 хв суміші. Міцні зв’язки, що утворилися між хромом і вуглецем у результаті розмелу, слугують зародками карбідної фази на межі розділу фаз Cr–C, і збільшення часу розмелу до 90 хв або ж низькотемпературний відпал при 600 °С призводять до утворення однофазного карбіду Cr₃C₂. Твердість полікристала карбіду хрому, спеченого з нанодисперсного порошку, значно перевищує твердість полікристала, отриманого з карбіду хрому з розміром частинок близько мікрона.

Nanostructure of single-phased Cr₃C₂ was obtained using dispersion of the metal-metalloid system Cr–C in a planetary ball mill for 90 min. Dispersion of chromium’s and carbon to the particle size 60 nm promotes formation of chromium carbide. The chemical analysis revealed that under intense mechanical milling a planetary mill, the content of bound carbon reached 10 mass% as early as upon 30 min milling. The XRD patterns and Auger spectra did not detect the presence of the carbide phase upon milling for 30 min. Strong bonds formed between chromium and carbon due to milling serve as nuclei in the Cr-C interface. An increase the millings time to 90 min or annealing at 600 °C promote formation of Cr₃C₂. The hardness of Cr₃C₂ polycrystals sintered from nanostructured powder considerably exceeds the hardness of the Cr₃C₂ polycrystals obtained from micron-sized powder.