Глава 5. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

В проведенной работе были получены материалы на основе алюминия Al-3Ni-1Cu-0,5B-Nafen^TM (Nf) методом вакуумного спекания. В качестве матрицы применяли порошок алюминия марки АСД-4 (4 мкм, 99,5%), для легирования - порошок никеля ПНК-УТ3 (20 мкм, 99,9%), порошок меди ПМУ (7 мкм, 99,5%), порошок бора (50 мкм, 94%), для упрочнения матрицы использовали нановолокна оксида алюминия типа Nafen^w [104]. Рассев матричных порошков производили в вибросите, сушка порошков осуществлялась на воздухе при 60 ^оС, смешение проводили в планетарной мельнице со стальными шарами (5 мм) в течение 15 мин в присутствии ПАВ.

Были получены алюминиевые композиционные материалы с матрицей Al-3Ni-1Cu-0,5B, модифицированные 0,01 - 0,1 % масс. Nafen^w,

спрессованные при 40 МПа и спечённые в вакуумной печи при температуре 570 - 620 ^оС в течение 120 мин. при давлении 0,001 мм рт. ст. Внешний вид образцов после спекания представлен на рисунке 73. Они имели цилиндрическую форму высотой 5 мм и диаметром 60 мм.

Микроструктуру образцов исследовали на сканирующем электронном микроскопе FEI Quanta FEG 600. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре PanAlytical. Тонкую структуру исследовали с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100 фирмы «JEOL» (НИТУ «МИСиС»). Плотность определяли гидростатическим методом.

Микротвёрдость по Виккерсу измеряли на твердомере Micromet 5114. Предел прочности определяли методом трёхточечного изгиба на универсальной установке для механических испытаний TestSystems-ВакЭто при комнатной температуре и при 300 ^оС.

Рисунок 72 - Порошок шихты Al-Ni-Cu-B.

Рисунок 73 - Внешний вид образцов алюмокомпозитов после спекания.

Результаты РФА представлены на рисунке 74. Как следует из результатов РФА в образце присутствует основная фаза Al, а также фазы Al₃Ni, Al7Cu23Ni и Ni4B3 [105-107].

Зависимость относительной плотности от состава материалов представлена на рисунке 75.

Рисунок 74 - РФА анализ алюмокомпозита системы Al-Ni-Cu-B, Al a=4.049 А

ОКР=490 А

Рисунок 75 - Зависимость относительной плотности образцов от состава.

На рисунках 76а-г изображены СЭМ-снимки микроструктуры образцов Al-3Ni-1Cu-0,5B-0÷0,1 Nafen^TM. На снимках видны белые нитевидные фазы CuAl₂. С ростом количества Nafen^TMколичество и длина этих образований существенно уменьшается, исходя из визуального анализа снимков. Во всех образцах зёрна имеют сферическую и близкую к сферической форму и равномерное распределение. Однако, для образца с 0,05 % масс.

a. Al-3Ni-1Cu-0,5B

б. Al-3Ni-1Cu-0,5B-0,01Nf

в. Al-3Ni-1Cu-0,5B-0,05Nf

г. Al-3Ni-1Cu-0,5B-0,1Nf

Рисунок 76 - Микроструктура образцов алюмокомпозитов.

Средний размер зёрен в композитах Al-3Ni-1Cu-0,5B-Nafen^TM определяли методом секущих. График зависимости среднего размера зёрен от количества Nafen^wпредставлен на рисунке 77.

Рисунок 77 - Зависимость среднего размера зерна алюмокомпозитов от содержания Nafen^w

Диаметр зёрен чистого алюминия, спечённого по заявленной технологии, составил 60 мкм.

На рисунке 78 представлена тонкая структура алюмокомпозита с Nafen^wВидны сферические выделения фаз системы Cu-Al и нановолокна Nafen^TM.

Рисунок 78 - Тонкая структура образца системы Al-Ni-Cu-B с нановолокнами Nafen^TM.

На рисунке 79 показана зависимость микротвёрдости по Виккерсу спечённых в вакууме алюминиевых материалов, в т.ч. модифицированных Nafen^wОтмечено, что с увеличением концентрации Nafen^wтвёрдость также монотонно возрастает.

Рисунок 79 - Микротвёрдость по Виккерсу композитов, спечённых в

вакуумной печи.

В результате исследования прочности спечённых образцов алюмокомпозитов выявили сильное влияние Nafen^w(рисунок 80). Так, при комнатной температуре испытаний, прочность модифицированных образцов повысилась в среднем на 30%, а прочность при 300 ^оС на 5-30 %, кроме образца с 0,1% Nafen^wдля которого наблюдалось снижение прочности, возможно из-за высокой концентрации Nafen^wи трудностей его равномерного распределения в матрице, а также высокой адгезионной повреждённости контактов между волокном и матрицей.

Рисунок 80 - Предел прочности на изгиб при 25 и 300 ^оС композитов, спечённых в вакуумной печи.

Прочность алюмокомпозита после спекания без дополнительной термообработки и мехобработки состава Al-3Ni-1Cu-0,5B-0,01Nf при 300 °С близка к аналогичной характеристике деформируемого жаропрочного алюминиевого сплава Al2618-T61 [108], при этом плотность композита меньше плотности сплава на 5 - 6 %.

Работа выполнена рамках СЧ НИР «Технология-СГ-Нанопорошок» по

контракту с ФГУП «НПО «Техномаш» № 530-И/02-18 от 05.07.2018.