РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОМАТРИЧНОГО ЛИТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ СИНТЕЗА УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ В РАСПЛАВЕ АЛЮМИНИЯ

В настоящее время ответственные детали и узлы, изготовленные из традиционных материалов, не всегда удовлетворяют возросшим требованиям конструкторов и условиям эксплуатации. Одним из решений данной проблемы являются разработка и применение дисперсно-упрочненных композиционных материалов с металлической матрицей. В работе на основе информационно-аналитического обзора предложена новая технология создания дисперсно-упроченного композиционного материала на основе алюминия. Изложены особенности разрабатываемой технологии, приведены макрои микроструктуры и механические характеристики образцов в литом состоянии. Синтез упрочняющих частиц непосредственно в расплаве позволяет получать композиты в одну стадию и обеспечивать термодинамическую устойчивость, плотный контакт и хорошую адгезию между матрицей и упрочняющей фазой. Достигнутые размеры частиц твердой фазы внедрения находятся в пределах от 3 мкм до 2 мм. Изучение структурно-фазового состояния полученного материала проводили с использованием методов оптической металлографии и рентгеноструктурного анализа (дифрактомер «Дрон-2»). Микроструктуру исследовали на микроскопе «Keyence VHX-1000». Твердость образцов определяли на ТКС-1М, микротвердость – на ПМТ-3 и «HMV Shumadzu», предел прочности – на универсальных разрывных машинах ZD 10/90 и УМЭ-10ТМ, ударную вязкость – на маятниковом копре МК-30а. Установлено что варьирование размера и содержания упрочняющей фазы позволяет изменять механические свойства литого металла в широких пределах. Применение предлагаемой технологии позволит существенно снизить временные и экономические затраты. По результатам оценочного расчета ожидается уменьшение стоимости получения дисперсно-упрочненного композиционного материала.

1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиац. материалы и технологии. 2012. No. S. С. 7—17.

2. Луц А.Р., Галочкина И.А. Алюминиевые композиционные сплавы — сплавы будущего. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013.

3. Чернышова Т.А., Курганова Ю.А., Кобелева Л.И., Болотова Л.К., Калашников Е.А., Катин И.В., Панфилов А.В., Панфилов А.А. Композиционные материалы с матрицей из алюминиевых сплавов, упрочненных частицами, для пар трения скольжения // Конструкции из композ. материалов. 2007. No. 3 С. 39—48.

4. Панфилов А.А., Прусов Е.С., Кечин В.А. Проблемы и перспективы развития производства и применения алюмоматричных композиционных сплавов // Тр. Нижегор. гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2013. No. 2. С. 210—218.

5. Курганова Ю.А. Перспективы развития металломатричных композиционных материалов промышленного назначения // Сервис в России и за рубежом. 2012. No. 3 (30). С. 235—240.

6. Adebisi A.A., Maleque M.A., Rahman M.M. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis // Int. J. Automot. Mech. Eng. 2011. Vol. 4. Р. 471—480

7. Mortensen A., Cornie J.A., Flemings M.C. Solidification processing of metal matrix composites // JOM. 1988. Vol. 40 (2). P. 12—19. DOI: 10.1007/BF03258826.

8. Geiger A.L., Walker J.A. The processing and properties of discontinuously reinforced aluminium composite // JOM. 1991. Vol. 43. P. 8—15. DOI: 10.1007/BF03221097.

9. Liu Yao-Hui, Du Jun, Yu Si-rong, Wang Wei. High temperature friction and wear behaviour of Al2O3 and/or carbon short fibre reinforced Al—12Si alloy composites // Wear. 2004. Vol. 256. P. 275—285. DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00387-9.

10. Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.А. Развитие материалов баллистической защиты на основе алюминиевых сплавов // Загот. пр-ва в машиностроении. 2015. No. 10. C. 43—47.

11. Kumar P. Vijaya, Madhusudhan G. Reddy, Srinivasa Rao K. Microstructure and pitting corrosion of armor grade AA7075 aluminum alloy friction stir weld nugget zone. Effect of post weld heat treatment and addition of boron carbide // Defence Technol. 2015. Vol. 11. P. 166—173. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.dt.2015.01.002.

12. Комкова Т.Ю., Холин М.С., Чернышова П.И. Разработка композиционного материала системы Al—Al2O3, получаемого методом пластической деформации // Соврем. пробл. науки и образования. 2015. No. 2. С. 164—168.

13. Chien Chon Chen, Chih Yuan Chen, Hsi Wen Yang, Yang Kuao Kuo, Jin Shyong Lin. Phase equilibrium in carbothermal reduction Al2O3 → AlN studied by thermodynamic calculations atlas // J. Mater. Sci. 2014. No. 1 (2). P. 30—37. DOI: 10.5147/ajms.2014.0172.

14. Vlasova M., Kakazey N., Rosales I., Krushinskaya L., Bykov A., Tomila T., Voitsehovskaya E., Vinokurov V. Synthesis of composite AlN—AlON—Al2O3 powders and ceramics prepared by high-pressure sintering // Sci. Sinter. 2010. No. 42. P. 283—295. DOI: 10.2298/SOS1003283V.

15. Афанасьев В.К., Герцен В.В., Долгова С.В., Мусохранов Ю.М., Попова М.В. О влиянии водяного пара на формирование свойств высококремнистых Al-сплавов // Металлургия машиностроения. 2015. No. 5. С. 17—22.

16. Орлов А.В., Луц А.Р., Кандалова Е.Г., Макаренко А.Г. Технология получения композита Аl—ТiС из порошковых экзотермических смесей непосредственно в расплаве алюминия // Загот. пр-ва в машиностроении. 2005. No. 11. C. 54—61.

17. Mohsen Hossein-Zadeh, Mansour Razavi, Omid Mirzaee, Razieh Ghaderi. Characterization of properties of Al—Al2O3 nano-composite synthesized via milling and subsequent casting // J. King Saud Univ. — Eng. Sci. 2013. No. 25. P. 75—80. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jksues.2012.03.001.

18. Dinesh Kumar Koli, Geeta Agnihotri, Rajesh Purohit. Properties and characterization of Al—Al2O3 composites processed by casting and powder metallurgy routes (Review) // Int. J. Latest Trends Eng. Technol. (IJLTET). 2013. Vol. 2. Iss. 4. P. 486—493.

19. Анисимов О.В. Технология получения композиционных материалов на основе алюминия, упрочненных дисперсными наночастицами ZrO2 и SiC в поле центробежных сил центрифуги: Автореф. дис. … Кандидат технических наук. М.: МАМИ, 2012.

20. McDanels D.L., Signorelli A.R. Evaluation of low cost aluminum composites for aircraft engine structural applications. NASA Tech. Memo. No. 83357. Washington, DC, 1983.

21. Чернышов Е.А., Романова Е.А., Романов А.Д. Разработка тепловыделяющего элемента на основе высокометаллизированного безгазового топлива // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. No. 6 (105). С. 74—81.

22. Чернышов Е.А., Мыльников В.В., Мыльникова М.В., Романов А.Д., Романова Е.А. Создание металлокерамических элементов баллистической защиты с применением керамики на основе алюминия // Соврем. наукоемкие технологии. 2014. No. 4. С. 97—100.