ОСОБЕННОСТИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ПУДРЫ ПАП-2 В ТЕХНОЛОГИИ ПОРОШКОВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Al–Al2O3 СО СЛОИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Анализ современной научно-технической информации свидетельствует о больших перспективах использования композиционных материалов (КМ) на основе системы Al–Al₂O₃. В работах кафедры материаловедения и технологии обработки материалов МАИ показано, что перспективным способом получения КМ на основе алюминия является реакционное спекание на воздухе заготовок из высокодисперсных порошков марки ПАП-2. Однако для практической реализации предлагаемого метода необходимо было решить ряд проблем, в частности связанных с их низкими технологическими свойствами: отсутствием текучести и крайне низкой насыпной плотностью. Для изменения характеристик исходного порошка в работе изучены и предложены различные методы его гранулирования, а также описаны их физико-химические аспекты. Для гранулирования алюминиевой пудры ПАП-2 применяли различные технологические подходы, в основе которых лежат следующие технологические операции: нагрев пудры на воздухе с последующей изотермической выдержкой при температуре 350 °С, введение в ее состав разбавленного водой натрий-силикатного стекла, механическая обработка пудры в высокоэнергетической планетарной мельнице, ее термообработка в вакууме при температуре 650 °С, инициирование реакции омыления стеарина на поверхности чешуйчатых частиц ПАП-2 с образованием органического компонента – пластификатора. Установлено, что предложенные способы гранулирования промышленного порошка марки ПАП-2 обеспечивают возможность улучшения и варьирования технологических характеристик исходного порошка, а также модифицирование его состава и структуры. Наиболее высокий показатель насыпной плотности (до 1,25 г/см³) достигается при использовании способа механической обработки исходного порошка в высокоэнергетической планетарной мельнице с образованием округлых гранул размером 50–150 мкм. Наиболее технологичным и экономичным является способ, основанный на инициировании химической реакции омыления стеарина на поверхности частиц порошка (насыпная плотность ~0,4 г/см³).

1. Kale V.C. Aluminium base metal matrix composites for aerospace application: a literature review. J. Mechan. Civil Eng. 2015. Vol. 12. Iss. 6. P. 31—36.

2. Koli D.K., Agnihotri G., Purohit R. Properties and characterization of Al—Al2O3 composites processed by casting and powder metallurgy routes (Review). Int. J. Latest Trends Eng. Technol. 2013. Vol. 2. Iss. 4. P. 486—496.

3. Калашников И.Е. Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов: Автореф. дис. доктор технических наук. М.: ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, 2011; Kalashnikov I.E. Razvitie metodov armirovaniya i modifitsirovaniya struktury alyumomatrichnykh kompozitsionnykh materialov [The development and reinforcement methods of modifying the structure of aluminum-matrix composites]: Abstract of the dissertation of Dr. Sci. (Tech.). Moscow: IMET im. A.A. Baikova RAN, 2011.

4. Vencl A., Rac A., Bobić I. Tribological behaviour of Al — based MMCs and their application in automotive industry. Tribol. Industry. 2004. Vol. 1. No. 3—4. P. 31—38.

5. Himanshu K., Mer K.K.S., Sandeep K. A review on mechanical and tribological behaviors of stir cast aluminum matrix composites. Procedia Mater. Sci. 2014. Vol. 6. P. 1951—1960.

6. Koli D.K., Agnihotri G., Purohit R. A review on properties, behaviour and processing methods for Al — nano Al2O3 composites. Procedia Mater. Sci. 2014. Vol. 6. P. 567—589.

7. Ghanaraja S., Nath S.K., Ray S. Processing and mechanical properties of cast Al (Mg, Mn) — Al2O3 (MnO2) composites containing nanoparticles and larger particles. Metall. Mater. Trans. A. 2014. Vol. 45. P. 3467—3480.

8. Ramnath B.V., Elanchezhian C., Annamalai R.M., Aravind S., Atreya T. Sri Ananda, Vignesh V., Subramanian C. Aluminium metal matrix composites — a review. Rev. Adv. Mater. Sci. 2014. Vol. 38. P. 55—60.

9. Kök M., Özdin K. Wear resistance of aluminium alloy and its composites reinforced by Al2O3 particles. J. Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 183. P. 301—309.

10. Bodunrin M.O., Alaneme K.K., Chown L.H. Aluminium matrix hybrid composites: a review of reinforcement philosophies; mechanical, corrosion and tribological characteristics. J. Mater. Res. Technol. 2015. Vol. 4. No. 4. P. 434—445.

11. Иванов Д.А., Ситников А.И., Шляпин С.Д. Дисперсно-упрочненные, волокнистые и слоистые неорганические композиционные материалы: Учеб. пос. М.: МГИУ, 2010; Ivanov D.A., Sitnikov A.I., Shlyapin S.D. Dispersno-uprochnennye, voloknistye i sloistye neorganicheskie kompozitsionnye materialy [Dispersibly hardened, fibrous and layered inorganic composite materials]. Moscow: MGIU, 2010.

12. Abedinzadeh R., Safavi Karimzadeh S.M. A comparative study on wear properties of nanostructured Al and Al/Al2O3 nanocomposite prepared by microwave-assisted hot press sintering and conventional hot pressing. J. Mechan. Sci. Technol. 2015. Vol. 29. No. 9. P. 3685—3690.

13. Khorshid M. Tabandeh, Jahromi S.A., Moshksar M.M. Mechanical properties of tri-modal Al matrix composites reinforced by nanoand submicron-sized Al2O3 particulates developed by wet attrition milling and hot extrusion. Mater. Design. 2010. Vol. 31. P. 3880—3884.

14. Canakci A., Varol T., Ozsahin S. Prediction of effect of volume fraction, compact pressure and milling time on properties of Al—Al2O3 MMCs using neural networks. Met. Mater. Int. 2013. Vol. 19. No. 3. P. 519—526.

15. Asgharzadeh H., Simchi A., Kim H.S. Hot deformation of ultrafine-grained Al6063/Al2O3 nanocomposites. J. Mater. Sci. 2011. Vol. 46. P. 4994—5001.

16. Padmavathi C., Upadhyaya A. Densification, microstructure and properties of supersolidus liquid phase sintered 6711Al—SiC metal matrix composites. Sci. Sinter. 2010. Vol. 42. Iss. 3. P. 363—382.

17. Bhaskar Raju S.A., Swamy A.R.K., Ramesh A. Mechanical and tribological behaviour of aluminium metal matrix composites using powder metallurgy technique: Review. Int. J. Mechan. Eng. Robot. Res. 2014. Vol. 3. No. 4. P. 551—563.

18. Ramesh B.T. Characterization of Al based nano composites using powder metallurgy technique. Int. J. Res. Aeronaut. Mechan. Eng. 2014. Vol. 2. Iss. 2. P. 131—147.

19. Meignanamoorthy M., Sakthivelu S., Ravichandran M. A survey of aluminium metal matrix composites using powder metallurgy technique. Int. J. Adv. Res. Trends Eng. Technol. 2015. Vol. 2. Iss. 3. P. 53—56.

20. Ivanov D.A., Ivanov A.V., Shljapin S.D. Investigation into physicomechanical properties and structure of the Al—Al2O3 composite material fabricated using mechanical treatment of the PAP-2 aluminum powder and reaction sintering of powder billets. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2016. Vol. 57. No. 2. P. 148—156.

21. Иванов Д.А., Иванов А.В., Шляпин С.Д. Физико-химические аспекты технологии слоистого кермета Al2O3—Al, полученного с использованием метода реакционного спекания. Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2010. No. 4. C. 34—44; Ivanov D.A., Ivanov A.V., Shlyapin S.D. Fiziko-khimicheskie aspekty tekhnologii sloistogo kermeta Al2O3—Al, poluchennogo s ispol’zovaniem metoda reaktsionnogo spekaniya [Physical and chemical aspects of technology layered cermet Al2O3—Al, obtained by the method of reaction sintering]. Izv. vuzov. Poroshk. metallurgiya i funkts. pokrytiya. 2010. No. 4. P. 34—44.

22. Ivanov D.A., Sitnikov A.I., Ivanov A.V., Shljapin S.D. Application of PAP-2 aluminum powder to produce powdered composite materials: the features of technology, structure, and physicomechanical properties of composites. Part 1. Process approaches providing the formation of composite materials and applied procedures for determining their physicomechanical properties. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2016. Vol. 57. No. 7. P. 723—727.