Том 335 № 3 (2024)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/3/4512

Формирование композитов с алюминиевой матрицей, армированных наночастицами карбида вольфрама

Актуальность исследования связана тем, что композиты с металлической матрицей и конструкционные изделия на их основе крайне востребованы в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, авиакосмическую промышленность, судостроение. Композиты с алюминиевой матрицей являются наиболее востребованными в силу того, что они совмещают в себе превосходную пластичность, низкую плотность, хорошую коррозионную стойкость алюминия и высокую прочность, твердость и износостойкость керамического армирующего компонента. Цель: получить объемные металломатричные композиты Al-WC с разным содержанием армирующей фазы и с повышенными физико-механическими характеристиками методом искрового плазменного спекания. Объекты: спеченные объемные изделия из чистого алюминия, полученные при 400, 450, 500, 550, 600 °C, и объемные металломатричные композиты Al-1%WC, Al-5%WC, Al-10%WC, Al-15%WC, полученные при 600 °C. Методы: искровое плазменное спекание; рентгеновская дифрактометрия (рентгенофазовый анализ); сканирующая электронная микроскопия; индентирование (измерение микротвердости). Результаты. Получены объемные композитные металломатричные изделия с алюминиевой матрицей и карбидом вольфрама в качестве армирующего компонента. Компактирование смесей наноразмерных исходных порошков алюминия и карбида вольфрама методом искрового плазменного спекания позволило получить изделия с содержанием WC от 1 до 15 масс. %. С учетом результатов предварительно проведенной серии экспериментов, когда спекались образцы из чистого алюминия для определения оптимальной температуры спекания, получены объемные композитные материалы. Отличительной особенностью полученных образцов является их высокая степень уплотнения, что обусловлено одновременным приложением греющего тока и внешнего давления, сопряженная с относительным сохранением мелкозеренной структуры материала за счет короткого времени протекания процесса. Анализ различных режимов спекания выявил необходимость осуществления процесса спекания композитов при температуре 600 °C. Исследования показали, что, хотя при добавлении армирующей фазы в металлическую матрицу значительно уменьшается степень уплотнения материала от 97,45 % при отсутствии добавки до 62,32 % при добавлении 15 масс. % карбида вольфрама, наблюдается увеличение микротвердости изделий при повышении концентрации армирующего компонента от 3,95 до 5,75 HV. Это доказывает возможность армирования металлического материала за счет керамических частиц WC. Полученные результаты могут быть использованы в различных конструкционных приложениях, включая автомобилестроение и авиакосмическую промышленность.

Ключевые слова:

алюминий, карбид вольфрама, металломатричные композиты, искровое плазменное спекание, армирование, микротвердость

Авторы:

Дмитрий Сергеевич Никитин

Артур Насырбаев

Александр Игоревич Циммерман

Иван Игоревич Шаненков

Анастасия Сергеевна Сайгаш

Александр Анатольевич Сивков

Скачать pdf