<<
>>

Введение

В последние десятилетия в области разработки функциональных материалов приоритет сместился от простых материалов к композиционным. Композиционные материалы (КМ) более лёгкие, обладают высокой прочностью, имеют низкую стоимость производства. Они могут использоваться при более высоких температурах, чем обычные материалы.

Металлические композиты с металлической матрицей разработанные в последние годы обладают рядом уникальных механических свойств таких как - низкая плотность, высокая прочность, высокая жесткость и высокая износостойкость.

Важнейшей целью последних разработок в данной области являются разработки металлических особо легких матричных КМ и создание КМ со сбалансированной комбинацией прочности и жесткости, что уменьшит образование трещин и дефектов, но в то же время увеличит статические и динамические свойства. [1]

Алюминиевые композиты, обладающие высокой прочностью - это Al- Zn-Mg-Cu вместе со сплавами, такими как дюралюмин, остаются основными материалами для авиационной и ракетной техники.

К первичной обработке алюминия для матричных КМ необходимо подходить тщательно, особенно соблюдать факторы, влияющие на микроструктурную целостность, в том числе и на наличие агломератов в структуре, поскольку происходит дизагломерация матричного порошка при ультразвуковой обработке в этаноле. Это требует правильного подбора условий спекания и правильного выбора содержания армирующих элементов. [2]

Актуальность работы:

В связи с расширением использования алюминиевых сплавов, как в авиационной промышленности, так и в космонавтике, в автомобилестроении становится актуальным повышение их свойств за счет создания мелкозернистой структуры и использовании новых технологий таких как SPS-спекание, прокатка порошковых сплавов в использованием индукционного нагрева и др. Для измельчения зерна вводятся различные модификаторы и поверхностно-активные вещества, также проводятся различные виды термической и термомеханической обработки.

В настоящее время потребление различных видов алюминиевых сплавов занимает одно из лидирующих мест в мировом производстве. Проблема повышения прочности алюминиевых сплавов всегда была приоритетной задачей, поэтому алюминиевые сплавы делятся на сплавы высокой, средней и малой прочности. Использование порошковых алюминиевых сплавов позволяет повышать их прочность, а также повысить производительность производства и сократить потери металла.

Для получения алюмокомпозитов консолидированных из гранулированных частиц с интегрированными наночастицами необходимо создать условия консолидации, позволяющие получить высокую относительную плотность материала и однородность гетерофазной структуры, сохранить размер малый зерен в области рабочих температур , обеспечить условия формирования границ зерен.

Цель работы: разработка технологии получения и исследование структурных и фазовых превращений в алюмокомпозитах систем Al-Cu, Al- Ni-Cu, Al-Mg при модифицировании их керамическими наночастицами путем прессования и спекания и SPS-спекания с высокими механическим свойствами. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Повышение эффективности процесса получения порошковых смесей алюмокомпозитов с интегрированными наночастицами отрабатывалась технология их смешивания в различных смесительных устройствах.

2. Установление закономерностей протекающих в процессе прессования порошковых смесей алюмокомпозитов с интегрированными наночастицами.

3. Выбор и обоснование режимов консолидации порошковых смесей алюмокомпозитов с интегрированными наночастицами

4. Исследование структурных и фазовых превращений протекающих при спекании и при SPS-спекании алюмокомпозитов систем Al-Cu, Al-Ni-Cu, Al-Mg при модифицировании их керамическими наночастицами

5. Изучение влияния технологических режимов и структурных составляющих алюмокомпозитов систем Al-Cu, Al-Ni-Cu, Al-Mg с интегированными керамическими наночастицами при SPS-спекании.

6. Экспериментальные исследования свойств алюмокомпозитов систем Al-Cu, Al-Ni-Cu, Al-Mg с интегированными керамическими наночастицами.

7. Опробован опытно-промышленный способ получения алюмокомпозита системы Al-Ni-Cu с наноразмерным бором.

Научная новизна:

1. Установлено, что модифицирующие керамические наночастицы после проведения SPS-спекания находятся как внутри зерна, так и по границам зерен алюмокомпозитов систем Al-Cu, Al-Ni-Cu, Al-Mg

2. Обнаружен экстремальный характер зависимости объемной усадки при спекании алюмокомпозитов системы Al - 4 % масс. Cu, Al - 3 % масс. Ni -1 % масс. Cu, Al - 4 % масс. Mg от содержания наномодификаторов бора и Нафен, проявляющейся в том, что наблюдается максимум объемной усадки при содержании нанодобавок в количестве 0,15 об.%, что ведет к повышению прочности алюмокомпозита на 30-35 %.

3. Установлена связь между параметрами SPS-спекания при введении наноразмерных порошков бора и Нафена и ультрадисперсных порошков никеля и меди в исходную шихту, заключающаяся в получении алюмокомпозитов с остаточной пористостью 0,5 - 2,0 % , при давлении 25 МПа, температуре спекания 600 оС, силе тока 150 А/см2, при искровом плазменном спекании ультрадисперсные порошки меди и никеля при прохождении тока расплавляются, появляются жидкие манжеты, которые увеличивает удельную поверхность, что приводит к спеканию с исчезающей жидкой фазой и увеличению действия лапласовских сил, вызывающих массоперенос при SPS-спекании.

4. Показана целесообразность введения наноразмерных керамических модификаторов: Нафен, бор, нитрид кремния в количестве 0,05-0,15 об.% так как их введение увеличивает прочность алюмокомпозитов на 30-50 %. Установлены закономерности повышения механических свойств для алюмокомпозитов систем Al - 4 % масс. Cu, Al - 3 % масс. Ni -1 % масс. Си, А1 - 4 % масс. Mg, за счет создания межфазной зоны, образующейся вблизи наномодификаторов, а также полученным хорошим высокодисперсным распределением частиц в конечной структуре алюмокомпозитов.

Практическая значимость работы:

1. Разработана технология получения гранульных порошков алюмокомпозитов составов Al- 3 мас. % Ni + 1 мас. %Cu; Al - 4 мас. % Mg с интегрированными наночастицами бора, Нафена и нитрида кремния.

2. Разработана технология получения модифицированных микропорошками никеля, меди и нановолокон оксида алюминия заготовок из алюмокомпозиционного материала состава Al- 3 мас. % Ni +1 мас. %Cu методом SPS-спекания, полученный композиционный материал имеет предел прочности на растяжение 600 МПа, относительное удлинение 15 % и твердость по HRB 60.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности формирования структуры и фазового состава алюмокомпозитов в зависимости от состава алюмокомпозита и типа концентрации интегрированных наномодификаторов.

2. Закономерности формирования структуры при консолидации порошковых смесей на основе алюминия с ультрадисперсными частицами меди и никеля и интегрированными керамическими наночастицами.

3. Закономерности формирования структуры и фазового состава при искровом плазменном спекании полученных порошковых шихт алюмоматричных композитов с интегрированными в их состав керамическими наночастицами.

4. Результаты комплексных исследований механических и эксплуатационных свойств и их связи со структурно-фазовым составом алюмоматричных композиционных материалов и с количеством интегрированных керамических наночастиц.

Степень достоверности результатов:обеспечена применением измерительного оборудования отвечающего современным стандартам с соответствующими методиками: сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов, физико­механических испытаний и химических методов анализа.

Личный вклад автора:Соискатель принимал непосредственное участие в обсуждении и постановке задач исследования и анализе результатов. Все экспериментальные результаты и исследовательские работы включенные в диссертацию, получены либо самим автором либо при его непосредственном участии. Анализ полученных результатов и подготовка публикаций выполнена при участии соавторов.

Реализация результатов работы:

Разработаны и испытаны в опытно-промышленном масштабе:

1. технология получения гранулированного порошка состава Al- 4 мас.% Ou с интегрированными наночастицами бора

2. технология изготовления детали «втулка» из алюмокомпозита системы Al-4мас. %№-1мас. %Cu с интегрированными наночастицами бора

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

1. «ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРАМИКОПОДОБНЫХ ПОКРЫТИЙ, ФОРМИРУЕМЫХ НА АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИТАХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ» Савушкина С.В., Агуреев Л.Е., Ашмарин А.А., Иванов Б.С., Эпельфельд А.В., Виноградов А.В. В книге: Быстрозакаленные материалы и покрытия XIV-я Международная научно-техническая конференция. 2016. С. 87-90.

2. «РАЗРАБОТКА АЛЮМИНИЕВОГО

КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА» Агуреев Л.Е., Иванов Б.С., Костиков В.И., Еремеева Ж.В., Бармин А.А., Лаптев И.Н., Рудштейн Р.И., Савушкина С.В., Канушкин А.И. В сборнике: VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи Сборник материалов. 2016. С. 467-469.

3. «ВЛИЯНИЕ МИКРОДОБАВОК НАНООКСИДОВ НА СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ АЛЮМОКОМПОЗИТОВ» Агуреев Л.Е., Иванов Б.С., Лаптев И.Н. В книге: Гагаринские чтения 2017 Тезисы докладов. 2017. С. 211.

4. «ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЛЁГКИХ

НАНОСТРУКТУРНЫХ АЛЮМОКОМПОЗИТОВ УПРОЧНЕННЫХ AL2O3 И SIC ДЛЯ КОРПУСОВ РКТ» Семенов В.В., Егоров А.В.,

Ахмедов Ф.А., Быков А.А., Кондратенко А.А., Агуреев Л.Е., Иванов Б.С. В сборнике: НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ВЕСТНИК НПО ТЕХНОМАШ Москва, 2018. С. 13-15.

Публикации:По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы в научных журналах и сборниках трудов конференций и семинаров, из них 3 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК. Выиграно 2 Гранта.

Структура и объем научно-квалификационной работы:Научно­квалификационная работа состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Материалы диссертации изложены на 153 листах машинописного текста, содержат 80 рисунка, 13 таблиц, включают список литературы из 103 наименований.

<< | >>
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 Введение:

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. ВВЕДЕНИЕ
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Введение
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. ВВЕДЕНИЕ
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. ВВЕДЕНИЕ
  9. Введение
  10. ВВЕДЕНИЕ
  11. Раздел 1 «Введение в административное право»
  12. 1. Введение в курс административного права
  13. Тема 1. Введение в курс административного права
  14. Твердость порошковых алюмокомпозитов системы А1-3масс.%М- 1масс.%Cu, АМмасс^^ и A1-4масс.%Mg с наномодификаторами