zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2021Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSСинтез и исследование структуры MAX-фаз (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 и Cr1.5Ti0.5AlC, полученных высокотемпературным спеканием в вакуумеSynthesis and Structure Study of MAX-Phases (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 and Cr1.5Ti0.5AlC Obtained by High-Temperature Sintering in VacuumОводокЕ. А.OvodokE. A.

Минск

Minsk

ovodok@bsu.byИвановскаяМ. И.IvanovskayaM. I.

Минск

Minsk

СелезневА. Е.SeleznevA. E.

Москва

Moscow

ЗлотскийС. В.ZlotskyS. V.

Минск

Minsk

УгловВ. В.UglovV. V.

Минск

Minsk

ВерещакаА. А.VereschakaA. A.

Москва

Moscow

Учреждение БГУ “Научно-исследовательский институт физико-химических проблем”БеларусьResearch Institute of Physical and Chemical Problems of Belarusian State UniversityBelarusМосковский государственный технологический университет “СТАНКИН”РоссияMoscow State Technological University “STANKIN”Russian FederationБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusИнститут конструкторско-технологической информатики РАНРоссияInstitute of Design and Technological Informatics of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202526112025926753760Copyright © Оводок Е.А., Ивановская М.И., Селезнев А.Е., Злотский С.В., Углов В.В., Верещака А.А., 20252025Оводок Е.А., Ивановская М.И., Селезнев А.Е., Злотский С.В., Углов В.В., Верещака А.А.Ovodok E.A., Ivanovskaya M.I., Seleznev A.E., Zlotsky S.V., Uglov V.V., Vereschaka A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2021

Методом спекания в вакууме при 1300 ºС порошков Cr, Al, графита и TiC или Ti получены продукты, состоящие из двух МАХ-фаз: 312 и 211, преобладающее формирование которых зависит от типа прекурсора — TiC или Ti. При синтезе из Cr:Al:TiC:C преобладает МАХ-фаза 312 (Cr2/3Ti1/3)3AlC2, а при синтезе из Cr:Al:Ti:C — МАХ-фаза 211 Cr1.5Ti0.5AlC. В качестве примесей в образцах присутствуют á-Al2O3, карбиды и оксиды хрома. Сочетание методов рентгеновской дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии позволило выявить существенные различия в химическом и фазовом составах поверхности и объема образцов. Установлено, что оксиды алюминия и хрома, а также карбид Cr7C3 формируются на поверхности МАХ-фаз в процессе синтеза, подобно тому, как это происходит при термическом окислении Cr2AlC и формировании на поверхности защитного слоя из á-Al2O3/Cr7C3. Образование защитного слоя имеет важное значение для получения материала на основе Cr–Ti–Al–C с высокой термохимической стабильностью в агрессивных средах.

Using vacuum sintering at 1300ºC of Cr, Al, graphite, and TiC or Ti powders, we obtained products consisting of two MAX phases: 312 and 211, the predominant formation of which depends on the type of precursor – TiC or Ti. In the synthesis from Cr:Al:TiC:C, the MAX phase 312 (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 predominates, while in the synthesis from Cr:Al:Ti:C, the MAX phase 211 Cr1.5Ti0.5AlC predominates. α-Al2O3, carbides, and chromium oxides are present in the samples as impurities. A combination of X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy methods made it possible to reveal significant differences in the chemical and phase composition of the surface and bulk of the samples. It was established that aluminum and chromium oxides, as well as Cr7C3 carbide, are formed on the surface of MAX phases during synthesis, similar to what occurs during the thermal oxidation of Cr2AlC and the formation of a protective layer of α-Al2O3/Cr7C3 on the surface. Formation of the protective layer is essential for producing Cr–Ti–Al–C-based materials with high thermochemical stability in aggressive environments.

Ti–Cr–Al–N(Cr2/3Ti1/3)3 AlC МАХ-фазаCr1.5Ti0.5 AlC МАХ-фазарентгеновская дифракциярентгеновская фотоэлектронная спектроскопияTi–Cr–Al–N(Cr 2/3Ti1/3 )3 AlC2 MAX phaseCr1.5Ti0.5 AlC MAX phaseX-ray diffractionX-ray photoelectron spectroscopyРабота выполнена в рамках совместного белорусско-российского проекта, финансируемого Белорусским фондом фундаментальных исследований (грант № Т23РНФМ-35) (Беларусь) и Российским научным фондом (грант № 24-49-10012) (Россия).ReferencesL. Toth. Transition Metal Carbides and Nitrides, New York and London, Academic Press (1971)L. Toth. Transition Metal Carbides and Nitrides, New York and London, Academic Press (1971)H. J. Goldschmidt. Interstitial Alloys B.1, London, Butterworths (1967)H. J. Goldschmidt. Interstitial Alloys B.1, London, Butterworths (1967)M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH, Germany (2013), https://doi.org/10.1002/9783527654581M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH, Germany (2013), https://doi.org/10.1002/9783527654581D. J. Tallman, B. Anasori, M. W. Barsoum. Mater. Res. Lett., 1 (2013) 115-125, https://doi.org/10.1080/21663831.2013.806364D. J. Tallman, B. Anasori, M. W. Barsoum. Mater. Res. Lett., 1 (2013) 115-125, https://doi.org/10.1080/21663831.2013.806364L. Shen. Autonomous crack healing in Cr2AlC and Ti2AlC MAX phase. Dissertation (TU Delft), Delft University of Technology (2016), https://doi.org/10.4233/uuid:bece20f8-1d72-425e-b4b1-5d817e54f762L. Shen. Autonomous crack healing in Cr2AlC and Ti2AlC MAX phase. Dissertation (TU Delft), Delft University of Technology (2016), https://doi.org/10.4233/uuid:bece20f8-1d72-425e-b4b1-5d817e54f762Z. Liu, E. Wu, J. Wang, Y. Qian, H. Xiang, X. Li, Q. Jin, G. Sun, X. Chen, J. Wang, M. Li. Acta Mater., 73 (2014) 186-193, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.04.006Z. Liu, E. Wu, J. Wang, Y. Qian, H. Xiang, X. Li, Q. Jin, G. Sun, X. Chen, J. Wang, M. Li. Acta Mater., 73 (2014) 186-193, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.04.006Z. Liu, L. Zheng, L. Sun, Y. Qian, J. Wang, M. Li. J. Am. Ceram. Soc., 97 (2013) 67-69, https://doi.org/10.1111/jace.12731Z. Liu, L. Zheng, L. Sun, Y. Qian, J. Wang, M. Li. J. Am. Ceram. Soc., 97 (2013) 67-69, https://doi.org/10.1111/jace.12731J. C. Schuster, H. Nowotny, C. Vaccaro. J. Solid State Chem., 32 (1980) 213, https://doi.org/10.1016/0022-4596(80)90569-1J. C. Schuster, H. Nowotny, C. Vaccaro. J. Solid State Chem., 32 (1980) 213, https://doi.org/10.1016/0022-4596(80)90569-1E. A. Levashov, Y. S. Pogozhev, D. V. Shtansky, M. I. Petrzhik. Russ. J. Non-Ferrous Metals, 50 (2009) 151-159, https://doi.org/10.3103/S1067821209020151.E. A. Levashov, Y. S. Pogozhev, D. V. Shtansky, M. I. Petrzhik. Russ. J. Non-Ferrous Metals, 50 (2009) 151-159, https://doi.org/10.3103/S1067821209020151.M. W. Barsoum. J. Electrochem. Soc., 148 (2001) 544-550, https://doi.org/10.1149/1.1380255M. W. Barsoum. J. Electrochem. Soc., 148 (2001) 544-550, https://doi.org/10.1149/1.1380255Z. Lin, Y. Zhou, M. Li, J. Wang. Int. J. Mater. Res., 96 (2022) 291-296, https://doi.org/10.3139/ijmr-2005-0051Z. Lin, Y. Zhou, M. Li, J. Wang. Int. J. Mater. Res., 96 (2022) 291-296, https://doi.org/10.3139/ijmr-2005-0051J. Haemers, R. Gusmão, Z. Sofer. Small Methods, 4 (2020) 190780, https://doi.org/10.1002/smtd.201900780J. Haemers, R. Gusmão, Z. Sofer. Small Methods, 4 (2020) 190780, https://doi.org/10.1002/smtd.201900780D. Briggs, M. P. Seah. Practical Surface Analysis by Auger and X‐ray Photoelectron Spectroscopy, John Wiley and Sons Ltd. Chichester (1983)D. Briggs, M. P. Seah. Practical Surface Analysis by Auger and X‐ray Photoelectron Spectroscopy, John Wiley and Sons Ltd. Chichester (1983)B. Anasori, M. Dahlqvist, J. Halim, E. J. Moon, J. Lu, B. C. Hosler, E. N. Caspi, S. J. May, L. Hultman, P. Eklund, J. Rosén, M. W. Barsoum. J. Appl. Phys. 118 (2015) 094304, https://doi.org/10.1063/1.4929640.B. Anasori, M. Dahlqvist, J. Halim, E. J. Moon, J. Lu, B. C. Hosler, E. N. Caspi, S. J. May, L. Hultman, P. Eklund, J. Rosén, M. W. Barsoum. J. Appl. Phys. 118 (2015) 094304, https://doi.org/10.1063/1.4929640.Е. А. Оводок, М. И. Ивановская, А. Е. Селезнев, С. В. Злотский, И. И. Углов, Е. Сотова. Журн. прикл. спектр., 92 (2025) 70-78, https://doi.org/10.1007/s10812-025-01879-0E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, A. E. Seleznev, S. V. Zlotsky, V. V. Uglov, E. Sotova. J. Appl. Spectr., 92 (2025) 63-70, https://doi.org/10.1007/s10812-025-01879-0E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, A. E. Seleznev, S. V. Zlotsky, V. V. Uglov, A. A. Vereschaka. High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes, 29 (2025) 9-21, https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2024056816.E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, A. E. Seleznev, S. V. Zlotsky, V. V. Uglov, A. A. Vereschaka. High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes, 29 (2025) 9-21, https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2024056816.E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, S. K. Poznyak, A. M. Maltanova, I. I. Azarko, M. Micusik, M. Omastava, A. Aniskevich. Thin Solid Films, 771 (2023) 139759, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139759E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, S. K. Poznyak, A. M. Maltanova, I. I. Azarko, M. Micusik, M. Omastava, A. Aniskevich. Thin Solid Films, 771 (2023) 139759, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139759A. V. Linde, A. A. Kondakov, I. A. Studenikin, N. A. Kondakova, V. V. Grachev. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings, 4 (2022) 25-33, https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-4-25-33A. V. Linde, A. A. Kondakov, I. A. Studenikin, N. A. Kondakova, V. V. Grachev. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings, 4 (2022) 25-33, https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-4-25-33X. H. Wang, Y. C. Zhou. Mater. Res. Innovations, 7 (2003) 381-390, https://doi.org/10.1007/s10019-003-0278-7X. H. Wang, Y. C. Zhou. Mater. Res. Innovations, 7 (2003) 381-390, https://doi.org/10.1007/s10019-003-0278-7W. Tian, P. Wang, Y. Kan, G. Zhang. J. Mater. Sci., 43 (2008) 2785-2791, https://doi.org/10.1007/s10853-008-2516-2W. Tian, P. Wang, Y. Kan, G. Zhang. J. Mater. Sci., 43 (2008) 2785-2791, https://doi.org/10.1007/s10853-008-2516-2Z. J. Lin, M. S. Li, J. Y. Wang, Y. C. Zhou. Acta Mater., 55 (2007) 6182-6191, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.024Z. J. Lin, M. S. Li, J. Y. Wang, Y. C. Zhou. Acta Mater., 55 (2007) 6182-6191, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.024Z. J. Lin, Y. C. Zhou, M. S. Li. J. Mater. Sci. Technol., 23 (2007) 721-746Z. J. Lin, Y. C. Zhou, M. S. Li. J. Mater. Sci. Technol., 23 (2007) 721-746M. Naguib, M. W. Barsoum, Y. Gogotsi. Adv. Mater., 33 (2021) 2103393, https://doi.org/10.1002/adma.202103393. M. Naguib, M. W. Barsoum, Y. Gogotsi. Adv. Mater., 33 (2021) 2103393, https://doi.org/10.1002/adma.202103393М. И. Ивановская, Е. А. Оводок, С. К. Позняк, Д. А. Котиков, И. А. Свито. Журн. прикл. спектр., 89 (2022) 477-484 https://doi.org/10.1007/s10812-022-01405-6M. I. Ivanovskaya, E. A. Ovodok, S. K. Poznyak, D. A. Kotsikau, I. A. Svito. J. Appl. Spectr., 89 (2022) 644-651, https://doi.org/10.1007/s10812-022-01405-6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.