<<
>>

1.2 Различные виды модифицирующих добавок и их влияние

В диссертационной работе [27] разработана возможность упрочнения алюминиевых композиционных материалов добавлением (0,01-0,15 %об.) оксидных наночастиц (Al2O3, /rO2, MgO, SiO2).

В данной работе исследовалось влияние малых добавок наночастиц Al2O3, /rO2, MgO, SiO2на механические свойства порошковых композитов на основе алюминия, в том числе с добавками меди.

Было установлено, что зависимости пределов прочности на растяжение и изгиб, имеют экстремальный характер, что выражается в повышении механических свойств на 20-80 %об., например при добавлении 0,01-0,15 % об. наночастиц Al2O3.

В диссертационной работе [28] были исследованы КМ на основе алюминия, получаемые литьем в центрифуге. Данные КМ модифицированны небольшим количеством (до 0,5 %) наноразмерных тугоплавких частиц, в поле действия центробежных сил; установлено, что для частиц размером до 100 нм, при любом значении гравитационного коэффициента достигается равномерное распределение частиц. Также обнаружено, что в области малых концентраций упрочняющей фазы (до 0,5 %) зависимость прочности КМ носит экстремальный характер, что является экспериментальным подтверждением теоретического предположения Белова-Лурье о наличие дополнительного максимума в области малых количеств упрочняющих тугоплавких добавок.

В диссертационной работе [29] разработан способ упрочнения наноразмерными добавками сталей общемашиностроительного назначения. Разрабатывался состав и технологические режимы получения порошковых сталей с увеличенными механическими и эксплуатационными качествами за счет применения наноразмерных добавок в порошковой шихте, а еще улучшения имеющихся процессов порошковой металлургии. В работе было

установлено, что для повышения твердости порошковых сталей и механических свойств таких как предел прочности на изгиб и растяжение перспективно модифицирование шихты порошковых сталей

наноразмерными добавками, такими как нано- Al2O3или нано- Si3N4их вводят в количестве 0,1-0,3 мас.

%, углеродные нано-волокна «Таунит» вводят в количестве 0,2%, что ведет к повышению предела прочности при растяжении и твердости порошковых сталей на 30-50% в сопоставлении с порошковой конструкционной сталью общемашиностроительного предназначения.

1.3 Способы получения порошковых алюмоматричных композиционных материалов

Технология получения алюминиевого композита из порошка алюминия (100 мкм), армированного наночастицами (21 нм) карбида кремния в количестве 2-20 % об., описана в [30]. Данная технология состояла в смешении исходных порошков в шаровой мельнице, после чего, согласно данным авторов патента, спекли в тигле и расплавили. Затем расплав был охлаждён со скоростью 200 оС/мин. Размер зерна алюминия составил не более 100 нм. Авторы отмечают существенный прирост твёрдости алюминия с добавками наночастиц по сравнению с исходным материалом — 200-260 HV (10% SiC и более) против 60 HV (алюминий без наночастиц). Предел прочности возрос от 110 до 180 МПа.

Предлагается метод изготовления алюминиевого композита, армированного наночастицами карбида титана [31]. Технология заключается в реакционном синтезе наночастиц титана непосредственно в алюминии. Размер наночастиц ниже 100 нм, а концентрация 3-30 % масс. Технология состоит из следующих операций: 1) смешение порошков реагентов; 2) смешение в шаровой мельнице и тритураторе; 3) прессование при комнатной

температуре; 4) реакционное спекание в печи в вакууме под воздействием осевого гидравлического давления 40 МПа, охлаждение с печью.

Описание технологического процесса изготовления алюмокомпозита, армированного наночастицами карбида кремния, и метода его получения даётся в работе [32]. Алюминий армируют сферическими частицами бета- SiC. Технологическая цепочка имеет следующую последовательность операций: подготовка частиц карбида кремния, смешение частиц карбида кремния в количестве не более 25% масс. и порошка алюминия в шаровой мельнице, холодное прессование, горячее прессование, горячая экструзия.

Размер частиц порошка алюминия составил 1 -100 мкм. Основная идея изобретения заключается в синергетическом эффекте от армирования алюминия, как микро-, так и наночастицами карбида кремния сферической формы бета-модификации.

Описание изготовления алюмокомпозита, армированного наночастицами керамики, даётся в работе [33]. Технология состоит из: 1) смешения исходных порошков с добавкой стеариновой кислоты 0,6-8% для последующего смешивания в шаровой мельнице; 2) смешивания в шаровой мельнице; 3) вакуумного горячее прессования; 4) горячей экструзии. Готовые композиты имеют высокую прочность и хорошую пластичность.

Описание способа изготовления композита на основе алюминия и сплавов на основе алюминия, армированных керамическими частицами, покрытыми слоем наноразмерного оксида висмута, приведено в [34]. Технология состоит из следующих этапов: диспергирование керамических частиц в растворе нитрата висмута, добавка хлорида натрия или калия, выдержка, фильтрация, очистка порошка в гидроксиде натрия, ультразвуковое взбалтывание, фильтрация, очистка порошка, загрузка керамического порошка в форму для экструзии, нагрев формы, инжекция расплава алюминия или его сплава. Прочностные свойства при н.у. такого

материала в 2,5 раза выше, чем в отсутствии прослойки нанооксида висмута на керамических частицах.

Работа [35] посвящена описанию способа получения алюминиевого композита, упрочнённого нанокерамическими частицами. Способ состоит в следующем: смешивание нанокерамических частиц с порошком алюминия в массовом соотношении (1:1) — (2:3) в шаровой мельнице со скоростью 60-70 об/мин в течение 50-60 часов, нагрев порошка до 660-670 оС, охлаждение на воздухе, измельчение, просев, плавка алюминиевого сплава при 700-750 оС, добавки керамики в сплав и смешение в течение 5-10 минут в количестве 1­4% масс, высокоэнергетическая ультразвуковая обработка с частотой 20 кГц и мощностью 1-3 кВт в течение 5-10 минут, разливка расплава в мульды с температурой 400-450 оС. В итоге получается мелкозернистый композит с равномерным распределением нанодобавок без агломератов.

В изобретении [36] говорится о способе получения композита на основе алюминия, армированного наночастицами. В качестве наночастиц использовали карбид кремния. Размер зерна алюминия составил 20-40 микрон. Технология получения КМ состояла в механолегировании и горячем прессовании шихты. Материал предназначен для автомобильной промышленности, имеет хорошие механические свойства.

Метод изготовления износостойкого алюминиевого композита описан в работе [37], при этом происходит модификация алюминиевого сплава А356.2 за счёт микролегирования цирконием и бромом и синтеза внутри алюминия наночастиц борида циркония, распределённых в кристаллах алюминия и границах кристаллов. В качестве добавок в шихту вводятся также эрбий, иттрий, дополнительно хром и марганец, в результате КМ на основе алюминия имеет мелкозернистую структуру, содержащую множество микролегированных наноразмерных фаз, частицы кремния эвтектического состава и мелкую, равномерно распределённую фазу Mg2Si. Были улучшены

прочностные характеристики такие как: предел прочности на растяжение, предел текучести и износостойкость.

Описан процесс получения алюмокомпозитов, армированных наночастицами оксида алюминия с концентрацией 2% об. [38]. Технология включает измельчение порошка алюминия в течение 22 часов в аргоне, смешение порошка керамики и алюминия в шаровой мельнице в течение 5 часов в аргоне, прессование, спекание в течение 10 часов при 620 оС, гомогенизационный отжиг на воздухе в течение 30 мин при 450 оС и экструзию при 200 оС. была определена плотность полученного алюмокомпозита, которая имела значение 2,7 г/см3. Были определны основные механические свойства алюмокомпозита, которые имели следующие значения - предел прочности при растяжении 360-375 МПа, относительное удлинение 27-30%.

Возможность получения алюминиевого композиционного материала с добавками наночастиц оксида алюминия и оксида кремния с размером 0,001 - 0,1 мкм и суммарной концентрацией 1-15 % масс., синтезированных взрывным методом, приведен в работе [39]. Использование Al2O3 обеспечивает требуемые параметры интеркристаллического упрочнения, уменьшает колебания внутренних напряжений примерно в 2 раза по объему и даёт возможность получить заданный уровень прочности. Способ получения сплава с наночастицами заключается в следующем. Наночастицы вводят в расплав металла в количестве 15% масс. (A12O3 - 10%, SiO2 - 5%), перемешивание происходит при воздействии ультразвуком, затем расплав охлаждают. Предел прочности сплава, модифицированного частицами оксидов, составляет 350-400 МПа, а модуль упругости составляет 8000-10000 МПа.

В работе [40] описан способ создания композита на основе алюминиевого сплава, модифицированного наночастицами с концентрацией 0,1 - 2,0 %масс, а также интерметаллидами Al3X (X - Ti, /r, V, Fe, Ni) 5-20

%об. и микрочастицами керамики SiC в количестве от 1 до 5 % масс. Способ получения композита включает смешение в шаровой мельнице исходных порошков, брикетирование при 120 МПа, нагрев до 110 оС. Полученные брикеты вводят в расплав при температуре 850 оС и выдерживают 20-30 мин, перемешивают и разливают. Твёрдость по Бринеллю таких материалов при 20 оС составляет 620-760 МПа, а при 300 оС 150-220 МПа.

Сведения об алюминиевом композиционном материале, упрочнённом фуллеренами С60 в количестве 0,5-12 %масс. приводятся в работе [41]. Алюминиевый сплав имеет размер зерна 5-150 нм. Разрататывааемый алюмокомпозит получают механосинтезом в планетарно-центробежной мельнице (ПЦМ) в атмосфере аргона исходных порошков, таких как алюминиевого сплава и порошка фуллерена, затем полученную смесь спекают под давлением при температуре 600 оС. В работе были определены рациональные режимы работы ПЦМ, а именно отношение веса размольных шаров к весу имельчаемого материала - 20:1, объем общей загрузки материалов составляет 1/3 объема всей мельницы; скорость вращения планетарного диска - 700 - 850 об/мин; продолжительность обработки - 12÷15 мин. Полученны й алюмокомпозит имел высокие механические свойства, так например предел прочности при сжатии составил 1250 МПа, плотность разработанного нанструктурированного алюмокомпозита была 2,63 г/см3, а твердость - 4500 МПа. Полученный по данной технологии алюмокомпозит во многом превосходил по свойствам изветные аналоги.

В ряде работ [42-44] описаны алюминиевые композиционные материалы, которые упрочняются такими наноразмерными модификаторами Al2O3, В4С, TiB2, TiC, SiC, наноалмазоми, углеродными нанотрубками и другими наночастицами. Вводимые наномодификаторы имели размер от 5 до 100 нм. После получения алюмокомпозитов были определены размеры их зерен, которые не превышали 300 нм, а самые мелкие имели размер 20 нм, причем плотность полученных материалов - 2,8 - 2,9 г/см3.Это сказалось и

на свойствах полученных алюмокомпозитов. Их отличает высокий предел прочности на растяжение - 700-900 МПа и высокие показатели удельной прочности - 24÷32 км.

В работе [45] рассмотрен способ получения и основные свойства композиционного материала полученного методом литья. Специально в состав расплава вводили интерметаллидные фазы состава Al3X, AlX, AlX3, где Х - Ti, Zr, V, Fe, Ni размером

<< | >>
Источник: Иванов Борис Сергеевич. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В АЛЮМОКОМПОЗИТАХ СИСТЕМ Al-Cu, Al-Ni-Cu, Al-Mg ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ ИХ КЕРАМИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 2019 г.. 2019

Еще по теме 1.2 Различные виды модифицирующих добавок и их влияние:

  1. 1.7. Влияние OA на характеристики оптических, оптоэлектронных и лазерных устройств на основе кристаллов.
  2. Влияние рельефа поверхностей на оптические характеристики элементов из монокристаллов.
  3. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019, 2019
  4. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2019, 2019
  5. 3. Понятие и виды должностей
  6. 61. Понятие и виды страхования.
  7. 4. Виды административно - правовых отношений
  8. 2. Виды мер административного принуждения
  9. 1. Понятие, элементы и виды договоров купли-продажи.
  10. 4. Понятие и виды административных наказаний. Основные правила их назначения
  11. 4. Социальное управление и его виды
  12. 3. Структура административного процесса. Виды административных производств
  13. 2. Виды контроля и надзора за законностью в деятельности органов исполнительной власти
  14. 3. Понятие и виды методов государственно-управленческой деятельности
  15. 1. Коллективные субъекты административного права: понятие и виды
  16. 55. Договор банковского счета: понятие, элементы, заключение, виды.