Исследование структуры металлического композиционного материала системы Al–Si–Mg–SiC, полученного с использованием метода механического легирования
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-17-25
- Р Р‡.МессенРТвЂВВВВВВВВжер
- РћРТвЂВВВВВВВВнокласснРСвЂВВВВВВВВРєРСвЂВВВВВВВВ
- LiveJournal
- Telegram
- ВКонтакте
- РЎРєРѕРїРСвЂВВВВВВВВровать ссылку
Полный текст:
Аннотация
Проведено исследование гранул алюминиевого композиционного материала, полученного методом механического легирования исходных порошков сплава марки ВАС1 и карбида кремния. Установлено, что по мере увеличения времени механического легирования изменяются морфология и средний размер композиционных гранул. Происходят процессы пластической деформации алюминиевой матрицы, внедрения в нее частиц карбида кремния, «холодной сварки» агломератов между собой и роста среднего размера гранул до 550 мкм при обработке в течение 40 ч. После более длительного механического легирования (60 ч) структура композиционных гранул становится однородной, средний размер частиц составляет ~ 150 мкм и практически не изменяется с повышением времени технологического процесса. Рентгеновский анализ показал изменение не только морфологии композиционных гранул, но и их внутренней структуры: уменьшаются области когерентного рассеяния, изменяется период решетки алюминиевого матричного сплава, растут микродеформации и количество дефектов упаковки. Для более подробного изучения микроструктуры материала были проведены исследования с использованием метода просвечивающей электронной микроскопии. Их результаты подтвердили, что материал обладает однородной ультрамелкозернистой структурой Размер зерен твердого раствора алюминия не превышает 160 нм. Плотность дислокаций в композиционном материале достаточно высокая. В структуре наблюдаются наноразмерные пластинчатые частицы Si и карбид кремния, который присутствует в материале в виде распределенных крупных частиц осколочной формы. Диффузионной зоны между частицами SiC и основным материалом не обнаружено.
Ключевые слова
механическое легирование,
гранулы,
композиционный материал,
структура,
алюминиевая матрица,
карбид кремния
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (соглашение № 075-11-2021-085 от 22.12.2021 г.).
Об авторах
А. А. Шавнев
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия
Россия
канд. техн. наук, зам. нач-ка НИО «Неметаллические материалы, металлические композиционные материалы и теплозащита»
105005, г. Москва, ул. Радио, 17
г. Москва
С. В. Неруш
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия
Россия
нач-к НИО «Технологии порошковой металлургии, аддитивного производства, сварки, защитных и специальных высокотемпературных покрытий и материалов»
г. Москва
Е. И. Курбаткина
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия
Россия
канд. техн. наук, нач-к лаборатории № 26
г. Москва
Д. В. Косолапов
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия
Россия
нач-к участка лаборатории № 26
г. Москва
П. Н. Медведев
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия
Россия
нач-к сектора лаборатории № 17
г. Москва
Список литературы
1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». Авиац. материалы и технологии. 2015. No. 1. С. 3-33. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33. Kablov E.N. Innovative developments of FSUE «VIAM» SSC RF for the implementation of «Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030». Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2015. No. 1. P. 3-33. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33 (In Russ.).
2. Каблов Е.Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки - основа инноваций. Крылья Родины. 2016. No. 5. С. 8-18. Kablov E.N. What future make of? New generation of materials, technologies for their creation and processing - the basis of innovation. Kryl’ya Rodiny. 2016. No. 5. P. 8-18 (In Russ.).
3. Каблов Е.Н., Валуева М.И., Зеленина И.В., Хмельницкий В.В., Алексашин В.М. Углепластики на основе бензоксазиновых олигомеров - перспективные материалы. Тр. ВИАМ. 2020. No. 1 (85). С. 68-77. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 02.06.2020). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-68-77. Kablov E.N., Valueva M.I., Zelenina I.V., Khmelnitskii V.V., Aleksashin V.M. Carbon plastics based on benzoxazine oligomers - promising materials. Trudy VIAM. 2020. No. 1 (85). P. 68-77. URL: http://www.viam-works.ru (accessed: 02.06.2020). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-68-77 (In Russ.).
4. Антипов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники. Авиац. материалы и технологии. 2017. No. S. С. 186-194. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194. Antipov V.V. Prospects for the development of aluminum, magnesium and titanium alloys for products of aerospace technology. Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2017. No. S. P. 186-194. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194 (In Russ.).
5. Jia D.C. Influence of SiC particulate size on the microstructural evolution and mechanical properties of Al-6Ti-6Nb matrix composites. Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 289. P. 83-90.
6. Zhang X.-P., Ye L., Mai Y.-W., Quan G.-F., Wei W. Investigation on diffusion bonding characteristics of SiC particulate reinforced aluminium metal matrix composites (Al/SiCp-MMC). Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf. 1999. Vol. 30. No. 12. P. 1415-1421.
7. He C., Zhao N., Shi C., Song S. Mechanical properties and microstructures of carbon nanotube-reinforced Al matrix composite fabricated by in situ chemical vapor deposition. J. Alloys Compd. 2009. Vol. 487. No. 1-2. P. 258-262.
8. Canakci A., Varol T. Microstructure and properties of AA7075/Al-SiC composites fabricated using powder metallurgy and hot pressing. Powder Technol. 2014. Vol. 268. P. 72-79.
9. Kanth U.R., Rao P.S., Krishna M.G. Mechanical behaviour of fly ash/SiC particles reinforced Al-Zn alloy-based metal matrix composites fabricated by stir casting method. J. Mater. Res. Technol. 2019. Vol. 8. No. 1. P. 737- 744. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.06.003.
10. Mohanavel V., Rajan K., Kumar S.S., Udishkumar S., Jayasekar C. Effect of silicon carbide reinforcement on mechanical and physical properties of aluminum matrix composites. Mater. Today Proc. 2018. Vol. 5. No. 1. P. 2938-2944. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.01.089.
11. Alaneme K.K., Fajemisin A.V., Maledi N.B. Development of aluminium-based composites reinforced with steel and graphite particles: Structural, mechanical and wear characterization. J. Mater. Res. Technol. 2019. Vol. 8. No. 1. P. 670-682. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.04.019.
12. Kumar R.A., Devaraju A., Arunkumar S. Experimental investigation on mechanical behaviour and wear parameters of TiC and graphite reinforced aluminium hybrid composites. Mater. Today Proc. 2018. Vol. 5. No. 6. P. 14244- 14251. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.03.005.
13. Qin X.H., Jiang D.L., Dong S.M. Nanometer, submicron and micron sized aluminum powder prepared by semi-solid mechanical stirring method with addition of ceramic particles. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 385. P. 31-37.
14. Razavi T.S.S., Yazdani R., Salahi E., Mobasherpour I. Production of Al-20wt.%Al2O3 composite powder using high energy milling. Powder Technol. 2009. Vol. 320. P. 591-602.
15. Няфкин А.Н., Лощинин Ю.В., Курбаткина Е.И., Косолапов Д.В. Исследование влияния фракционного состава карбида кремния на теплопроводность композиционного материала на основе алюминиевого сплава. Тр. ВИАМ. 2019. No. 11 (83). С. 53-59. URL: http:viam-works.ru (дата обращения: 17.11.2021). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-11-53-59. Nyafkin A.N., Loshchinin Yu.V., Kurbatkina E.I., Kosolapov D.V. Investigation of the influence of the fractional composition of silicon carbide on the thermal conductivity of a composite material based on an aluminum alloy. Trudy VIAM. 2019. No. 11. P. 53-59. URL: http: viamworks.ru (accessed: 17.11.2021). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-11-53-59 (In Russ.).
16. Няфкин А.Н., Шавнев А.А., Курбаткина Е.И., Косолапов Д.В. Исследование влияния размера частиц карбида кремния на температурный коэффициент линейного расширения композиционного материала на основе алюминиевого сплава. Тр. ВИАМ. 2020. No. 2. C. 41-49. URL: http:viam-works.ru (дата обращения: 25.11.2021). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-2-41-49. Nyafkin A.N., Shavnev A.A., Kurbatkina E.I., Kosolapov D.V. Study of the effect of the size of silicon carbide particles on the temperature coefficient of linear expansion of a composite material based on an aluminum alloy. Trudy VIAM. 2020. No. 2. P. 41-49. URL: http: viamworks.ru (accessed: 25.11.2021). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-2-41-49 (In Russ.).
17. Baradeswaran A., Elaya Perumal A. Influence of B4C on the tribological and mechanical properties of Al 7075- B4C composites. Compos. B. Eng. 2013. Vol. 54. No. 1. P. 146-152. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.05.012.
18. Zheng R., Hao X., Yuan Y., Wang Z., Ameyama K., Ma C. Effect of high volume fraction of B4C particles on the microstructure and mechanical properties of aluminum alloy based composites. J. Alloys Compd. 2013. Vol. 576. P. 291-298. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.04.141.
19. Ghasali E., Alizadeh M., Ebadzadeh T., Pakseresht A.H., Rahbari A. Investigation on microstructural and mechanical properties of B4C-aluminum matrix composites prepared by microwave sintering. J. Mater. Res. Technol. 2015. Vol. 4. No. 4. P. 411-415. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.02.005.
20. Baradeswaran A., Vettivel S.C., Elaya Perumal A., Selvakumar N., Franklin Issac R. Experimental investigation on mechanical behaviour, modelling and optimization of wear parameters of B4C and graphite reinforced aluminium hybrid composites. Mater. Des. 2014. Vol. 63. P. 620-632. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.06.054.
21. Hesabi R.S., Sajjadi S.A. Structural evolution during mechanical milling of nanometric and micrometric Al2O3 reinforced Al matrix composites. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 428. P. 159-168.
22. Hernández-Rivera J.L., Cruz Rivera J.J., Gómez C., Coreño O., Martínez-Sánchez R. Synthesis of graphite reinforced aluminum nanocomposite by mechanical alloying. Mater. Trans. 2010. Vol. 51. P. 1120-1126.
23. Rietveld H.M. The rietveld method: A retrospection. Z. Kristallogr. 2010. Vol. 225. P. 545-547.
Рецензия
Для цитирования:
Шавнев А.А., Неруш С.В., Курбаткина Е.И., Косолапов Д.В., Медведев П.Н. Исследование структуры металлического композиционного материала системы Al–Si–Mg–SiC, полученного с использованием метода механического легирования. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022;(1):17-25. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-17-25
For citation:
Shavnev A.A., Nerush S.V., Kurbatkina E.I., Kosolapov D.V., Medvedev P.N. Structural and morphological study of the Al–Si–Mg–SiC composite material produced by mechanical alloying. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2022;(1):17-25. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-17-25
Просмотров:
537
ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)
ISSN 2412-8767 (Online)
Послать статью по эл. почте 