Structural-Phase Changes of the Fe3C/Fe7C3/P-Phase/Cam
Mechanocomposite at Heating

N. S. Larionova; Ларионова Н. С.; R. M. Nikonova; Никонова Р. М.; V. I. Lad’yanov; Ладьянов В. И.; A. A. Suslov; Суслов А. А.; A. L. Ul’yanov; Ульянов А. Л.

doi:10.31857/S0015323022601143

Structural-Phase Changes of the Fe3C/Fe7C3/P-Phase/Cam Mechanocomposite at Heating

作者: Larionova N.S.¹, Nikonova R.M.¹, Lad’yanov V.I.¹, Suslov A.A.¹, Ul’yanov A.L.¹
隶属关系:
1. Udmurt Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
期: 卷 124, 编号 3 (2023)
页面: 284-291
栏目: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://rjonco.com/0015-3230/article/view/662776
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601143
EDN: https://elibrary.ru/CLJXNV
ID: 662776

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅或者付费存取

详细

The effect of the action of temperature on the structure and phase composition of an
Fe3C/Fe7C3/P-phase/Cam composite obtained by mechanosynthesis of Fe–75 at % C has been studied by the methods of X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, thermogravimetric analysis, and differential
scanning calorimetry. It is shown that the structural and phase changes at heating have a multistage character.
In the temperature range 315–400°C crystallization of the paramagnetic P-phase with generation of Fe3C
and/or Fe7C3 occur. In the course of heating to higher temperatures, complete decomposition of carbide
Fe7C3 (in the range 450–550°C) and partial decomposition of Fe3C (at 600°C and above) are observed. After
cooling from 800–1000°C the mechanocomposite consists of α-Fe, cementite Fe3C, and graphite. The phase
transformations are accompanied by the processes of composite oxidation with the formation of Fe3O4 oxide and its subsequent reduction. The P-phase is a disorded amorphous carbide Fe1 – xCx, which is characterized by magnetic ordering at the temperature of liquid nitrogen.

关键词

mechanosynthesis, carbon, fullerite, graphite, iron carbides, mechanocomposites, in situ X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy

参考

Zhao X., Sanderson R.J., MacEachern L., Dunlap R.A., Obrovac M.N. Mössbauer and electrochemical investigations of carbon-rich Fe1 – xCx films // Electrochim. Acta. 2015. V. 170. P. 16–24.
Dong X.L., Zhang Z.D., Xiao Q.F., Zhao X.G., Chuang Y.C., Jin S.R., Sun W.M., Li Z.J., Zheng Z.X., Yang H. Characterization of ultrafine γ-Fe(C), α-Fe (C) and Fe3C particles synthesized by arc-discharge in methane // J. Mater. Sci. 1998. V. 33. P. 1915–1919.
Tanaka T., Nasu S., Ishihara K.N., Shingu P.H. Mechanical alloying of the high carbon Fe–C system // J. Less-Common Metals. 1991. V. 171. P. 237–247.
Campbell S.J., Wang G.M., Calka A., Kaczmarek W.A. Ball milling of Fe75-C25: formation of Fe3C and Fe7C3 // Mater. Sci. Eng. A. V. 1997. V. 226-228. P. 75–79.
Al-Joubori A.A., Suryanarayana C. Synthesis of Fe–C alloys by mechanical alloying // Mater. Sci. Techn. 2014. Pittsburgh, Pennsylvania, USA. P. 509–516.
Дорофеев Г.А. Механизмы, кинетика и термодинамика механического сплавления в системах железа с sp-элементами / Диссертация на соискание степени док. ф.-м. н. Физико-технический институт УрО РАН. Ижевск, 2006.
Волков В.А., Елькин И.А., Загайнов А.В. Протасов А.В., Елсуков Е.П. Динамические равновесия фаз в процессах механосинтеза сплава состава Fe72.6C24.5O1.1N1.8 // ФММ. 2014. Т. 115. № 6. С. 593–601.
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A., Fomin V.M. Phase composition and structure of the Fe(100 – x)C(x); x = 5–25 at. % powders after mechanical alloying and annealing // J. Metastable Nanocryst. Mater. 2003. V. 15. P. 445–450.
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A. Mechanical alloying in binary Fe–M (M = C, B, Al, Si, Ge, Sn) systems // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 5071–5079.
Prokhorov V.M., Bagramov R.H., Blank V.D., Pivovarov G.I. Pulse acoustic microscopy characterization of the elastic properties of nanostructured metal-nanocarbon composites // Ultrasonics. 2008. V. 48. P. 578–582.
Robles Hernandez F.C. Production and characterization of Fe–Cgraphite and Fe–Cfullerene composites produced by different mechanical alloying techniques // J. Metal. 2004. V. 10. № 2. P. 107–118.
Boshko O., Nakonechna O., Belyavina N., Dashevskyi M., Revo S. Nanocrystalline Fe–C composites obtained by mechanical alloying of iron and carbon nanotubes // Adv. Powder Techn. 2017. V. 28. P. 964–972.
Борисова П.А., Агафонов С.С., Блантер М.С, Соменков В.А. Нейтронографическое исследование взаимодействия железа с аморфным фуллеритом // ФТТ. 2014. Т. 56. № 1. С. 194–197.
Meher B.S., Saha R., Chaira D. Fabrication of MWCNTs reinforced iron metal matrix composite by powder metallurgy: Effects of wet and dry milling // J. Alloys and Compounds. 2021. V. 872. 159688.
Баринов В.A., Цурин В.A., Суриков В.T. Исследование механосинтезированного карбида “Fe7C3” // ФММ. 2010. Т. 110. № 5. С. 497–507.
Ломаева С.Ф. Структурно-фазовые превращения, термическая стабильность, магнитные и коррозионные свойства нанокристаллических систем на основе железа, полученных механоактивацией в органических средах // ФММ. 2007. Т. 104. № 4. С. 403–422.
Ларионова Н.С., Никонова Р.М., Ульянов А.Л., Ладьянов В.И. Влияние формы углерода (фуллерит, графит) на фазовый состав механокомпозитов с железом // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 745–753.
Larionova N.S., Nikonova R.M., Ul’yanov A.L., Lad’yanov V.I., Kamaeva L.V. Structural-phase composition of iron-containing high carbon composites with fullerite and graphite obtained by mechanosynthesis // J. Alloys and Compounds. 2022. V. 909. 164749.
Ларионова Н.С., Никонова Р.М., Ульянов А.Л., Мокрушина М.И., Ладьянов В.И. Деформационно-индуцированные структурно-фазовые превращения при механосинтезе Fe-фуллерит в толуоле // ФММ. 2019. Т. 120. № 9. С. 936–945.
Глебов В.А., Попова О.И., Бакулина А.С., Чуканов А.П., Ягодкин Ю.Д., Щетинин И.В. Структурные превращения в стали 12Х12М1БФР при высокоэнергетическом измельчении с добавками фуллеренов и углеродных нанотрубок // Металловедение и термич. обработка материалов. 2009. № 12. С. 3–6.
Eckstrom H.C., Adcock W.A. A new iron carbide in hydrocarbon synthesis catalysts // J. Am. Chem. Soc. 1950. V. 72. № 2. P. 1042–1043.
Herbstein F.H., Snyman J.A. Identification of Eckstrom-Adcock Iron Carbide as Fe7C3 // Inorg. Chem. 1964. V. 3. № 6. P. 894–896.
Okamoto H. The C-Fe (Carbon-Iron) System // J. Phase Equilibria. 1992. V. 13. № 5. P. 543–565.
Voronina E.V., Ershov N.V., Ageev A.L., Babanov Yu.A. Regular algorithm for the solution of the inverse problem in Mossbauer spectroscopy // Phys. Stat. Sol. 1990. V. 160. P. 625–634.
da Costa G.M., de Grave E., de Bakker P.M.A., Vandenberghe R.E. Influence of nonstoichimetry and the presence of mghemite on the Mossbauer spectrum of magnetite // Clay and Clay Minerals. 1995. V. 43. P. 656–668.
Третьяков В.Д., Путляев В.И. Введение в химию твердофазных материалов // М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 400 с.
Mori K., Okada T., Takagii Y., Takada Y., Mizoguchi T. Oxidation and Disproportionation of Wüstite Studied by Mössbauer Spectroscopy // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. V. 38. P. L 189–L 191.
Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. // Общая металлургия // М.: ИКЦ “Академкнига”, 2005. 768 с.
Бердников В.И., Гудим Ю.А. Химические реакции при восстановлении железа из оксидов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 10. С. 842–847.