powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2016-2-47-58powder-205Research ArticleСамораспространяющийся высокотемпературный синтезSelf-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS)Роль порошковых прекурсоров при получении композиционных сплавов жидкофазными методамиRole of powder precursors in composite alloy production using liquid-phase methodsПрусовЕ. С.PrusovE. S.

канд. техн. наук, доцент кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов (ТФиКМ),

600000, Владимир, ул. Горького, 87

Cand. Sci., Associate Professor of the Department of functional and constructional materials technology,

600000, Vladimir, Gorky str., 87

eprusov@mail.ruПанфиловА. А.PanfilovA. A.

канд. техн. наук, профессор кафедры ТФиКМ

Cand. Sci., Professor of the Department of functional and constructional materials technology

panfilov@vlsu.ruКечинВ. А.KechinV. A.

докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой ТФиКМ

Dr. Sci. (Tech.), Prof., Head of the Department of functional and constructional materials technology

kechin@vlsu.ruВладимирский государственный университет (ВлГУ) им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича СтолетовыхРоссияVladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs (VlSU)Russian Federation201619062016024758Copyright © НИТУ "МИСИС", 20162016НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/205

Показаны технологические возможности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при получении композиционных сплавов на алюминиевой основе жидкофазными методами для изготовления фасонных изделий. Выполнены термодинамические расчеты реакций между исходными компонентами и предложена схема их взаимодействия. Установлено влияние различных способов подготовки порошковых прекурсоров на интенсивность реакционного взаимодействия. Приведены сравнительные данные по литейным свойствам композиционных сплавов, полученных с применением СВС-процесса. Разработана технология изготовления отливок из таких материалов и представлены результаты их опытно-промышленных испытаний.

The study describes technological capabilities of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the production of aluminumbased composite alloys with liquid-phase methods for shaped casting manufacturing. Thermodynamic calculations of reactions between the original components were made and the scheme of their interaction was proposed. The impact of different methods of powdered precursor preparation on the reaction intensity was defined. Comparative data was given for the casting properties of the composite alloys produced using SHS. The production technology was developed for the composite-alloy castings and the results of their pilot testing were presented.

алюмоматричные композиционные сплавымеханическая активацияпорошковые прекурсорытермодинамические параметрыжидкофазная технологиясамораспространяющийся высокотемпературный синтезaluminum matrix composite alloysmechanical activationpowder precursorsthermodynamic parametersliquidphase technologyself-propagating high-temperature synthesisReferencesMiracle D.B. Metal Matrix Composites — From Science to Technological Significance // Composit. Sci. Technol. 2005. Vol. 65. P. 2526—2540.Miracle D.B. Metal Matrix Composites — From Science to Technological Significance. Composit. Sci. Technol. 2005. Vol. 65. P. 2526—2540.Surappa M.K. Aluminium Matrix Composites: Challenges and Opportunities // Sadhana. 2003. Vol. 28. No. 1-2. P. 319—334.Surappa M.K. Aluminium Matrix Composites: Challenges and Opportunities. Sadhana. 2003. Vol. 28. No. 1-2. P. 319—334.Pramila Bai B.N., Ramasesh B.S., Surappa M.K. Dry Sliding Wear of A356—A1—SiC Composites // Wear. 1992. Vol. 157. No. 2. P. 295—304.Pramila Bai B.N., Ramasesh B.S., Surappa M.K. Dry Sliding Wear of A356—A1—SiC Composites. Wear. 1992. Vol. 157. No. 2. P. 295—304.Чернышова Т.А., Кобелева Л.И., Шебо П., Панфилов А.В. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями. М.: Наука, 1993.Chernyshova T.A., Kobeleva L.I., Shebo P., Panfilov A.V. Vzaimodejstvie metallicheskih rasplavov s armirujushhimi napolniteljami [Interaction of metal melts with reinforcements]. Moscow: Nauka, 1993.Прусов Е.С., Панфилов А.А., Кечин В.А., Гаврилин И.В. Перспективы применения алюмоматричных композиционных сплавов в машиностроении // Литейщик России. 2012. No. 9. С. 16—19.Prusov E.S., Panfilov A.A., Kechin V.A., Gavrilin I.V. Perspektivy primenenija aljumomatrichnyh kompozicionnyh splavov v mashinostroenii [Perspectives of application of aluminum matrix composite alloys in engineering industry]. Litejshhik Rossii. 2012. No. 9. P. 16—19.Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J. Metal Matrix Composites: Production by the Stir Casting Method // J. Mater. Process. Technol. 1999. Vol. 92-93. P. 1—7.Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J. Metal Matrix Composites: Production by the Stir Casting Method. J. Mater. Process. Technol. 1999. Vol. 92-93. P. 1—7.Poovazhagan L., Kalaichelvan K., Balaji V.R., Ganesh P., Avudaiappan A.K. Development of AA6061/SiCp Metal Matrix Composites by Conventional Stir Casting and Ultrasonic Assisted Casting Routes — A Comparative Study // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 984-985. P. 384—389.Poovazhagan L., Kalaichelvan K., Balaji V.R., Ganesh P., Avudaiappan A.K. Development of AA6061/SiCp Metal Matrix Composites by Conventional Stir Casting and Ultrasonic Assisted Casting Routes — A Comparative Study. Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 984-985. P. 384—389.Borisov V.G. Development of Process for Plasma Synthesis of Composite Aluminum Alloys // Metallurgist. 2008. Vol. 52. Iss. 11-12. P. 677—683.Borisov V.G. Development of Process for Plasma Synthesis of Composite Aluminum Alloys. Metallurgist. 2008. Vol. 52. Iss. 11-12. P. 677—683.Белоусов Н.Н. Литье с кристаллизацией под давлением композитов на алюминиевой основе // Литейное пр-во. 1992. No. 6. С. 14—16.Belousov N.N. Lit’e s kristallizaciej pod davleniem kompozitov na aljuminievoj osnove [Casting of composites on aluminum base with crystallization under pressure]. Litejnoe proizvodstvo. 1992. No. 6. P. 14—16.Li P.J., Kandalova E.G., Nikitin V.I. In Situ Synthesis of Al/TiC in Aluminum Melt // Mater. Lett. 2005. Vol. 59. P. 2545—2548.Li P.J., Kandalova E.G., Nikitin V.I. In Situ Synthesis of Al/TiC in Aluminum Melt. Mater. Lett. 2005. Vol. 59. P. 2545—2548.Панфилов А.В., Прусов Е.С. О получении и свойствах комплексно-армированных композиционных материалов с алюминиевой матрицей // Литейное пр-во. 2008. No. 8. С. 2—6.Panfilov A.V., Prusov E.S. O poluchenii i svojstvah kompleksno-armirovannyh kompozicionnyh materialov s aljuminievoj matricej [Producing and properties of complex reinforced aluminum matrix composite materials]. Litejnoe proizvodstvo. 2008. No. 8. P. 2—6.Луц А.Р., Макаренко А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов. Самара: СамГТУ, 2008.Luts A.R., Makarenko A.G. Samorasprostranjajushhijsja vysokotemperaturnyj sintez aljuminievyh splavov [Selfpropagating high-temperature synthesis of aluminum alloys]. Samara: SamGTU, 2008.Никитин К.В., Никитин В.И., Амосов А.П. Литые Al-композиты, армированные и модифицированные наноразмерными неметаллическими частицами // Металлургия машиностроения. 2013. No. 4. С. 35—40.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Amosov A.P. Litye Al-kompozity, armirovannye i modificirovannye nanorazmernymi nemetallicheskimi chasticami [Cast aluminum composites reinforced and modified with nanosized nonmetallic particles]. Metallurgija mashinostroenija. 2013. No. 4. P. 35—40.Song M.S., Zhang M.X., Zhang S.G., Huang B., Li J.G. In situ fabrication of TiC particulates locally reinforced aluminum matrix composites by self-propagating reaction during casting // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 473. Iss. 1-2. P. 166—171.Song M.S., Zhang M.X., Zhang S.G., Huang B., Li J.G. In situ fabrication of TiC particulates locally reinforced aluminum matrix composites by self-propagating reaction during casting. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 473. Iss. 1-2. P. 166—171.Панфилов А.В., Панфилов А.А., Чернышова Т.А., Кобелева Л.И., Болотова Л.К. Формирование структуры и свойств новых комбинированных алюмоматричных композиционных материалов, полученных с использованием «in-situ» процесса // Процессы литья. 2004. No. 4. С. 23—26.Panfilov A.V., Panfilov A.A., Chernyshova T.A., Kobeleva L.I., Bolotova L.K. Formirovanie struktury i svoistv novykh kombinirovannykh alyumomatrichnykh kompozitsionnykh materialov, poluchennykh s ispol’zovaniem «in-situ» protsessa [Formation of structure and properties of combined aluminum matrix composite materials produced with use of «in-situ» process]. Protsessy lit’ya. 2004. No. 4. P. 23—26.Varma A., Rogachev A.S., Mukasyan A.S., Hwang S. Combustion Synthesis of Advanced Materials: Principles and Applications // Adv. Chem. Eng. 1998. Vol. 24. P. 79—226.Varma A., Rogachev A.S., Mukasyan A.S., Hwang S. Combustion Synthesis of Advanced Materials: Principles and Applications. Adv. Chem. Eng. 1998. Vol. 24. P. 79—226.Погожев Ю.С., Левашов Е.А., Кудряшов А.Е, Замулаева Е.И., Новиков А.В., Потанин А.Ю. Композиционные СВС-материалы на основе карбида и никелида титана, легированные тугоплавким нанокомпонентом // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2012. No. 2. С. 24—32.Pogozhev Yu.S., Levashov E.A., Kudryashov A.E., Zamulaeva E.I., Novikov A.V., Potanin A.Yu. Kompozitsionnye SVS-materialy na osnove karbida i nikelida titana, legirovannye tugoplavkim nanokomponentom [Composite SHS-materials based on titanium carbide and nickelide alloyed with high-melting nanocomponent] // Izv. vuzov. Poroshk. metallurgiya i funkts. pokrytiya. 2012. No. 2. P. 24—32.Московских Д.О., Мукасьян А.С., Рогачев А.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез нанопорошков карбида кремния // Докл. Академии наук. 2013. Т. 449. No. 2. С. 111—117.Moskovskikh D.O., Mukas’yan A.S., Rogachev A.S. Samorasprostranyayushchiisya vysokotemperaturnyi sintez nanoporoshkov karbida kremniya [Self-propagating high-temperature synthesis of silicon carbide nanopowders]. Doklady Akademii nauk. 2013. Vol. 449. No. 2. P. 111—117.Su X., Fu F., Yan Y. Self-propagating High-temperature Synthesis for Compound Thermoelectrics and New Criterion for Combustion Processing // Nature Commun. 2014. Vol. 5. No. 4908. P. 1—7.Su X., Fu F., Yan Y. Self-propagating high-temperature synthesis for compound thermoelectrics and new criterion for combustion processing. Nature Communications. 2014. Vol. 5. No. 4908. Р. 1—7.Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез неорганических соединений // Докл. Академии наук СССР. 1972. Т. 204. No. 2. С. 366—369.Merzhanov A.G., Borovinskaya I.P. Samorasprostranyayushchiisya vysokotemperaturnyi sintez neorganicheskikh soedinenii [Self-propagating high-temperature synthesis of inorganic compounds]. Doklady Akademii nauk SSSR. 1972. Vol. 204. No. 2. P. 366—369.Wiley J.B., Kaner R.B. Rapid Solid-State Precursor Synthesis of Materials // Science. 1992. Vol. 255. P. 1093—1097.Wiley J.B., Kaner R.B. Rapid Solid-State Precursor Synthesis of Materials. Science. 1992. Vol. 255. P. 1093—1097.Moore J.J., Feng H.J. Combustion Synthesis of Advanced Materials: Part I. Reaction Parameters // Progr. Mater. Sci. 1995. Vol. 39. P. 243—273.Moore J.J., Feng H.J. Combustion Synthesis of Advanced Materials: Part I. Reaction Parameters. Progr. Mater. Sci. 1995. Vol. 39. P. 243—273.Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: МИСиС, 2011.Levashov E.A., Rogachev A.S., Kurbatkina V.V., Maksimov Yu.M., Yukhvid V.I. Perspektivnye materialy i tekhnologii samorasprostranyayushchegosya vysokotemperaturnogo sinteza [Advanced materials and technologies of self-propagating high-temperature synthesis]. Moscow: MISIS, 2011.Luts A.R., Amosov A.P., Ermoshkin And.A., Ermoshkin Ant.A., Nikitin K.V., Timoshkin I.Yu. Self-propagating hightemperature synthesis of highly dispersed titaniumcarbide phase from powder mixtures in the aluminum melt // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. Iss. 6. P. 606—612.Luts A.R., Amosov A.P., Ermoshkin And.A., Ermoshkin Ant.A., Nikitin K.V., Timoshkin I.Yu. Self-propagating high-temperature synthesis of highly dispersed titanium-carbide phase from powder mixtures in the aluminum melt. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. Iss. 6. P. 606—612.Liu Z., Wang X., Han Q., Li J. Synthesis of submicrometer-sized TiC particles in aluminum melt at low melting temperature // J. Mater. Res. 2014. Vol. 29. Iss. 7. P. 896—901.Liu Z., Wang X., Han Q., Li J. Synthesis of submicrometer-sized TiC particles in aluminum melt at low melting temperature. J. Mater. Res. 2014. Vol. 29. Iss. 7. P. 896—901.Петрунин А.В., Панфилов А.В., Панфилов А.А. О влиянии модифицирования наноразмерными тугоплавкими частицами на структуру и свойства алюмоматричных композитов // Литейное пр-во. 2009. No. 10. С. 17—20.Petrunin A.V., Panfilov A.V., Panfilov A.A. O vliyanii modifitsirovaniya nanorazmernymi tugoplavkimi chastitsami na strukturu i svoistva alyumomatrichnykh kompozitov [Influence of modification with nanosized hard-melting particles on structure and properties of aluminum matrix composites]. Liteinoe proizvodstvo. 2009. No. 10. P. 17—20.Amosov A.P., Titova Yu.V., Maidan D.A., Ermoshkin A.A., Timoshkin I.Yu. Application of the Nanopowder Production of Azide SHS Technology for the Reinforcement and Modification of Aluminum Alloys // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 2. P. 222—228.Amosov A.P., Titova Yu.V., Maidan D.A., Ermoshkin A.A., Timoshkin I.Yu. Application of the Nanopowder Production of Azide SHS Technology for the Reinforcement and Modification of Aluminum Alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 2. P. 222—228.Tjong S.C., Ma Z.Y. Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites // Mater. Sci. Eng. R. 2000. Vol. 29. P. 49—113.Tjong S.C., Ma Z.Y. Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites. Mater. Sci. Eng. R. 2000. Vol. 29. P. 49—113.Ma Z.Y., Li J.H., Li S.X., Ning X.G., Lu Y.X., Bi J. Propertymicrostructure correlation in in-situ formed Al2O3, TiB2 and Al3Ti mixture-reinforced aluminum composites // J. Mater. Sci. 1996. Vol. 31. P. 741—747.Ma Z.Y., Li J.H., Li S.X., Ning X.G., Lu Y.X., Bi J. Property-microstructure correlation in in-situ formed Al2O3, TiB2 and Al3Ti mixture-reinforced aluminum composites. J. Mater. Sci. 1996. Vol. 31. P. 741—747.Feng C.F., Froyen L. On the reaction mechanism of an Al–TiO2–B system for producing in-situ (Al2O3 + TiB2)/ Al composites // Scripta Mater. 1998. Vol. 39. No. 1. P. 109—118.Feng C.F., Froyen L. On the reaction mechanism of an Al—TiO2—B system for producing in-situ (Al2O3 + TiB2)/ Al composites. Scripta Mater. 1998. Vol. 39. No. 1. P. 109—118.Chen Z.C., Takeda T., Ikeda K. Microstructural evolution of reactive-sintered aluminum matrix composites // Composit. Sci. Technol. 2008. Vol. 68. P. 2245—2253.Chen Z.C., Takeda T., Ikeda K. Microstructural evolution of reactive-sintered aluminum matrix composites. Composit. Sci. Technol. 2008. Vol. 68. P. 2245—2253.Prusov E.S. Modern Methods of Metal Matrix Composite Alloys Production and New Approaches to Realization of Reinforcing Scheme // Machines, Technol., Mater. 2014. Iss.1. P. 11—13.Prusov E.S. Modern Methods of Metal Matrix Composite Alloys Production and New Approaches to Realization of Reinforcing Scheme. Machines, Technol., Mater. 2014. Iss.1. P. 11—13.Прусов Е.С., Панфилов А.А., Кечин В.А. Литой композиционный сплав и способ его получения: Пат. 2492261 (РФ). Заявл. 28.12.2011. Опубл. 10.09.2013. Бюл. No. 25.Prusov E.S., Panfilov A.A., Kechin V.A. Litoj kompozicionnyj splav i sposob ego poluchenija [Cast composite alloy and method of its production]: Pat. 2492261 (RF). Fill. 28.12.2011. Pat. 10.09.2013. Bul. No. 25.Reddy B.S.B., Das K., Das S. A Review on the Synthesis of In Situ Aluminum Based Composites by Thermal, Mechanical and Mechanical-Thermal Activation of Chemical Reactions // J. Mater. Sci. 2007. Vol. 42. No. 22. P. 9366—9378.Reddy B.S.B., Das K., Das S. A Review on the Synthesis of In Situ Aluminum Based Composites by Thermal, Mechanical and Mechanical-Thermal Activation of Chemical Reactions. J. Mater. Sci. 2007. Vol. 42. No. 22. P. 9366—9378.Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling // Progr. Mater. Sci. 2001. Vol. 46. No. 1-2. P. 1—184.Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Milling. Progr. Mater. Sci. 2001. Vol. 46. No. 1-2. P. 1—184.Прусов Е.С., Панфилов А.А. Исследование свойств литых композиционных сплавов на основе алюминия, армированных эндогенными и экзогенными фазами // Металлы. 2011. No. 4. С. 79—84.Prusov E.S., Panfilov A.A. Issledovanie svojstv lityh kompozicionnyh splavov na osnove aljuminija, armirovannyh jendogennymi i jekzogennymi fazami [Investigation of properties of cast composite alloys reinforced with endogenous and exogenous phases]. Metally. 2011. No. 4. С. 79—84.Yarandi F.M., Rohatgi P.K., Ray S. Fluidity and Microstructure Formation During Flow of Al- SiC Particle Composites // JMEPEG. 1993. Vol. 2. P. 359—364.Yarandi F.M., Rohatgi P.K., Ray S. Fluidity and Microstructure Formation During Flow of Al—SiC Particle Composites. JMEPEG. 1993. Vol. 2. P. 359—364.

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