Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів

О. А. Щерецький; В. О. Щерецький; В. З. Туркевич; Д. А. Стратійчук

doi:10.15407/mom2026.02.036

Автор(и)

О. А. Щерецький Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-9030-876X
В. О. Щерецький Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-8561-4444
В. З. Туркевич Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля, НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-1441-4269
Д. А. Стратійчук Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля, НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-4911-5629

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2026.02.036

Ключові слова:

високоентропійні сплави, cBN-композити, індукційне плавлення, високотемпературне спікання, реакційна взаємодія

Анотація

У роботі досліджено можливість використання високоентропійних сплавів (ВЕС) як зв’язуючої фази в надтвердих композиційних матеріалах на основі кубічного нітриду бору (cBN). Розроблено та виплавлено серію сплавів системи Ni–Fe–Cr–Co–Ti–Al із варійованим вмістом алюмінію, що забезпечило формування однофазних, двофазних, евтектичних і багатофазних структур. Актуальність роботи зумовлена необхідністю подолання обмежень традиційних металевих і керамічних зв’язок (недостатня змочуваність, крихкість, високі температури спікання) для створення ефективного різального інструменту. Метою роботи є встановлення впливу фазового складу ВЕС на їхню реакційну здатність щодо cBN та оцінка перспективності застосування таких сплавів як зв’язуючої фази для надтвердих композиційних матеріалів на основі cBN. Виплавлено п’ять сплавів із різним вмістом алюмінію. З методів синхронного термічного аналізу (ДСК/ТГ), ультразвукової спектроскопії та високотемпературного спікання під тиском 7,7 ГПа досліджено теплофізичні властивості сплавів, їхню взаємодію з cBN, а також механічні характеристики надтвердих композиційних матеріалів (твердість за Віккерсом, модуль Юнга, тріщиностійкість). Встановлено, що фазовий склад суттєво впливає на реакційну здатність сплавів до взаємодії з cBN. Показано, що максимальна активність до взаємодії характерна для сплавів, у яких титан знаходиться у твердому розчині, тоді як його зосередження в упорядкованих фазах (типу B2) знижує реакційну здатність. Отримано надтверді cBN-композити методом високотемпературного пресування при тиску 7,7 ГПа та температурі до 2200 °C. Встановлено, що розроблені матеріали характеризуються високими значеннями твердості, модуля Юнга та тріщиностійкості (K₁C = 8-9 МПа·м¹ᐟ²), які не поступаються або перевищують аналогічні показники промислових матеріалів. Показано, що підвищення тріщиностійкості зумовлено реалізацією механізмів відхилення тріщин та мостикового зв’язування за рахунок мікронних включень ВЕС у міжзерновому просторі cBN-матриці.

Отримані результати підтверджують перспективність застосування високоентропійних сплавів як ефективної зв’язки для створення надтвердих композиційних матеріалів нового покоління.

Посилання

Tu, L., An, Q., Ming, W., Chen, M., & Yu, D. (2025). Adhesion and diffusion mechanisms of the cBN tools in the high-speed cutting of nickel-based superalloys. Wear, 576-577, 206069.

https://doi.org/10.1016/j.wear.2025.206069

Liu, Y., Zhang, W., Peng, Y., Fan, G., & Liu, B. (2021). Effects of TiAl alloy as a binder on cubic boron nitride composites. Materials, 14(21), 6335.

https://doi.org/10.3390/ma14216335

Zhang, Y., et al. (2014). Microstructures and properties of high-entropy alloys. Progress in Materials Science, 61, 1-93.

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001

Zaporozhets, O. I., Mordyuk, B. N., Dordienko, N. A., Mykhailovsky, V. A., Mazanko, V. F., & Karasevskaya, O. P. (2016). Ultrasonic studies of texture inhomogeneities in pressure vessel steel subjected to ultrasonic impact treatment and shock compression. Surface and Coatings Technology, 307(Part A), 693-701.

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.09.053