Эмиль Ринатович Умеров – к.т.н., вед. науч. сотрудник кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Emil R. Umerov – Cand. Sci. (Eng.), Leading Research Fellow of the Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Александр Петрович Амосов – д.ф.-м.н., зав. кафедрой «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Aleksandr P. Amosov – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Евгений Иванович Латухин – к.т.н., доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Evgeny I. Latukhin – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Андрей Дмитриевич Качура – аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Andrey D. Kachura – Postgraduate Student of the Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Игорь Анатольевич Растегаев – д.т.н., вед. науч. сотрудник лаборатории дизайна магниевых материалов
Россия, 445020, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Белорусская, 14
Igor A. Rastegaev – Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Magnesium Materials Design Laboratory
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Максим Анатольевич Афанасьев – вед. инженер лаборатории дизайна магниевых материалов
Россия, 445020, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Белорусская, 14
Maxim A. Afanasiev – Leading Engineer of the Magnesium Materials Design Laboratory
14 Belorusskaya Str., Tolyatti, Samara region 445020, Russia
Добавление частиц графита к алюминию позволяет улучшить его трибологические свойства за счет проявления эффекта самосмазывания, а армирование таких алюмоматричных композитов (Al–C) керамической фазой карбида титана (TiC) с высокими твердостью и прочностью – получить гибридные композиты Al–TiC–C с повышенными физико-механическими свойствами и улучшенной износостойкостью. В настоящей работе рассмотрено применение нового энергоэффективного подхода к получению композитов Al–TiC–C путем сочетания метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) пористых композиционных каркасов из карбида титана и свободного углерода (TiC–C) с последующей инфильтрацией их расплавом алюминия. Для синтеза карбида титана использовалась стехиометрическая смесь порошков титана и графита Ti + C, а для получения свободного углерода в эту стехиометрическую смесь добавлялись порошки графита с размерами частиц 10–15 и 100–1000 мкм, а также рубленое углеволокно диаметром 7 мкм и длиной 3 мм. Для изучения микроструктуры и состава новых композитов использовались методы сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектрометрией и рентгенофазового анализа. Также определены плотность гидростатическим взвешиванием, твердость по Бринеллю, прочность при сжатии и трибологические свойства на трибометре по схеме «pin–on–disk». Установлено, что добавляемый графит с мелкими частицами (10–15 мкм) практически полностью растворяется в расплаве алюминия, а крупнозернистый графит (100–1000 мкм) и углеволокно в нем сохраняются. Предел прочности при сжатии углеродсодержащих алюмоматричных композитов составил 203–233 МПа. Установлено, что при сухом трении реализуется преимущественно абразивный механизм изнашивания с высоким коэффциентом трения (0,88–0,98), но в 3 раза меньшим износом образца композита, полученного с добавлением крупнозернистого графита.
The addition of graphite particles to aluminum improves its tribological properties due to the self-lubricating effect, while reinforcement of such aluminum matrix composites (Al–C) with the ceramic phase of titanium carbide (TiC), known for its high hardness and strength, results in Al–TiC–C hybrid composites with enhanced physical and mechanical properties and improved wear resistance. This study explores a novel energy-efficient approach to fabricating Al–TiC–C composites by combining self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of porous TiC–C composite frameworks with subsequent spontaneous infiltration using molten aluminum. The titanium carbide was synthesized from a stoichiometric powder mixture of titanium and graphite (Ti + C). To introduce free carbon, additional graphite powders with particle sizes of 10–15 and 100–1000 µm, as well as chopped carbon fibers with a diameter of 7 µm and a length of 3 mm, were added to the stoichiometric mixture. The microstructure and composition of the resulting composites were examined using scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy and X-ray diffraction analysis. Density was measured by hydrostatic weighing, while Brinell hardness, compressive strength, and tribological properties were evaluated using a pin-on-disk tribometer. It was found that fine graphite particles (10–15 µm) dissolved almost completely in molten aluminum, whereas coarse graphite (100–1000 µm) and carbon fibers remained intact. The compressive strength of the carbon-containing aluminum matrix composites ranged from 203 to 233 MPa. Under dry sliding conditions, abrasive wear was the predominant wear mechanism, accompanied by a high coefficient of friction (0.88–0.98); however, the wear rate of the composite containing coarse graphite was three times lower.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.