Наноструктурированные деформационно-упрочняемые алюминий-магниевые сплавы, модифицированные фуллереном C₆₀, полученные методом порошковой металлургии. Часть 1. Влияние концентрации магния на структуру и фазовый состав порошков

Представлена первая часть проведенных исследований о влиянии магния на структурно-фазовый состав и физико-механические свойства наноструктурных алюминий-магниевых композиционных материалов состава Al_xMg_y + + 0,3 мас.% фуллерена C₆₀. Порошки композитов были получены методом совместной механоактивационной обработки исходных материалов в планетарной шаровой мельнице в среде аргона. Установлено, что они обладают сложной иерархической структурой, представляющей собой агрегаты размером 50–200 мкм, состоящие из прочных высокоплотных агломератов величиной 5–10 мкм, которые, в свою очередь, являются совокупностью наноразмерных (30–60 нм) кристаллитов. Выявлено, что увеличение концентрации магния в композите до 18 мас.% обеспечивает в процессе измельчения получение кристаллитов со средним размером менее 30 нм, при этом величина агрегатов составляет менее 50 мкм. Предельная растворимость магния в алюминии с размером кристаллитов 30–70 нм при механоактивации составила 15 мас.% (17 ат.%). Методом дифференциальной сканирующей калориметрии установлено, что при термической обработке в диапазоне температур 250–400 °С исследуемые наноструктурные композиционные материалы претерпевают необратимые структурно-фазовые превращения: рекристаллизацию, распад α-твердого раствора магния в алюминии и образование интерметаллидных β-(Al₃Mg₂), γ-(Al₁₂Mg₁₇) и карбидной (Al₄C₃) фаз. Кроме того, на спектрах комбинационного рассеяния света присутствуют пики, соответствующие, согласно некоторым литературным источникам, ковалентным соединениям алюминия с фуллереном С₆₀ – алюминий-фуллереновым комплексам. На основании полученных данных в дальнейших работах будут определены параметры термобарической обработки порошковых смесей нанокомпозитов для получения объемных образцов и их испытаний.

1. Estrin Y., Murashkin M., Valiev R. Ultrafine-grained aluminium alloys: processes, structural features and properties. In: Fundamentals of Aluminium Metallurgy. 2011. P. 468—503.

2. Lloyd D.J. Particle reinforced aluminium and magnesium matrix composites. Int. Mater. Rev. 1994. Vol. 39. No. 1. P. 1—23.

3. Markushev M.V., Bampton C.C., Murashkin M.Yu., Hardwick D.A. Structure and properties of ultra-fine grained aluminium alloys produced by severe plastic deformation. Mater. Sci. Eng. A. 1997. Vol. 234-236. P. 927—931.

4. Murashkin M.Yu., Kil’mametov A.R., Valiev R.Z. Structure and mechanical properties of an aluminum alloy 1570 subjected to severe plastic deformation by high-pressure torsion. Phys. Metals Metall. 2008. Vol. 106. No. 1. P. 90—96.

5. Popov M., Medvedev V., Blank V., Denisov V., Kirichenko A., Tat’yanin E., Zaitsev V. Fulleride of aluminum nanoclusters. J. Appl. Phys. 2010. Vol. 108. No. 9. P. 094317-1— 094317-6.

6. Евдокимов И.А., Перфилов С.А., Поздняков А.А., Бланк В.Д., Баграмов Р.Х., Пережогин И.А., Кульницкий Б.А., Кириченко А.Н., Аксененков В.В. Наноструктурный композиционный материал на основе алюминий—магниевого сплава, модифицированный фуллереном С60. Физика и химия обработки материалов. 2017. No. 1. C. 47—55.

7. Choi K., Shin S., Bae D., Choi H. Mechanical properties of aluminum-based nanocomposite reinforced with fullerenes. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2014. Vol. 24. P. 47—52.

8. Мальцева Т.В., Озерец Н.Н., Левина А.В., Ишина Е.А. Цветные металлы и сплавы: Учеб. пос. Екатеринбург: Урал, 2019.

9. Starink M. J., Zahra A.M. β’ and β precipitation in an Al— Mg alloy studied by DSC and TEM. Acta Mater. 1998. Vol. 46. No. 10. P. 3381—3397.

10. Siyuan L., Fusheng P., Kainer K. U., Yafang H., Wei K. Progress in light metals, aerospace materials and superconductors. Trans. Tech. Publ. Ltd, 2007.

11. Mukai T., Higashi K., Tanimura S. Influence of the magnesium concentration on the relationship between fracture mechanism and strain rate in high purity Al—Mg alloys. Mater. Sci. Eng. A. 1994. Vol. 176. No. 1-2. P. 181—189.

12. Schoenitz M., Dreizin E.L. Structure and properties of Al—Mg mechanical alloys. J. Mater. Res. 2003. Vol. 18. No. 08. P. 1827—1836.

13. Jie J.C., Zou C.M., Wang H.W., Li B., Wei Z.J. Mechanical properties of Al(Mg) solid solution prepared by so lidification under high pressures. J. Alloys Compd. 2012. Vol. 510. No. 1. P. 11—14.

14. Scudino S., Sakaliyska M., Surreddi K. B., Eckert J. Mechanical alloying and milling of Al—Mg alloys. J. Alloys Compd. 2009. Vol. 483. No. 1-2. P. 2—7.

15. Calka A., Kaczmarek W., Williams J.S. Extended solid solubility in ball-milled Al—Mg alloys. J. Mater. Sci. 1993. Vol. 28. P. 15—18.

16. Al-Aqeeli N., Mendoza-Suarez G., Drew R.A.L. XRD and TEM characterization of Al—Mg-based nanocomposite alloys. Rev. Adv. Mater. Sci. 2008. Vol. 18. P. 231—235.

17. Evdokimov I. A., Khayrullin R. R., Perfilov S. A., Pozdnyakov A. A., Bagramov R. H., Perezhogin I. A., Blank V. D. Nanostructured aluminum matrix composite materials, modified by carbon nanostructures. Mater. Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. No. 12. P. 26153—26159.

18. Aborkin A.V., Evdokimov I.A., Vaganov V.E., Alymov M.I., Abramov D.V., Khor’kov K.S. Influence of mechanical activation mode on morphology and phase composition of Al—2Mg—nC nanostructured composite material. Nanotechnologies in Russia. 2016. Vol. 11. P. 297—304.

19. Gryaznov V.G., Kaprelov A.M., Romanov A.E. Size effects of dislocation stability in small particles and microcrystallities. Scripta Metal. 1989. Vol. 23. P. 1443—1448.

20. Rabinovich M.K., Markushev M.V., Murashkin M.Yu. Special features of formation of the submicrocrystalline structure in strain-heat treatment of aluminum alloy 1420 in different initial states. Met. Sci. Heat Treat. 1997. Vol. 39. No. 4. P. 172—176.

21. Lapovok R., Timokhina I., McKenzie P.W.J., O’Donnell R. Processing and properties of ultrafine-grain aluminium alloy 6111 sheet. J. Mater. Proc. Technol. 2008. Vol. 200. No. 1-3. P. 441—450.

22. Totten G.E., MacKenzie D.S. Handbook of aluminum. Vol. 1. Physical metallurgy and processes. Ohio: Marcel Dekker Inc., 2003.