ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМОКЕРАМИЧЕСКИХ КАРКАСНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МАХ-ФАЗЫ Ti2AlC МЕТОДОМ СВС-ПРЕССОВАНИЯ

Рассмотрена одностадийная технология получения алюмокерамических каркасных композитов путем совмещения процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) пористого каркаса из МАХ-фазы состава Ti2AlC и его пропитки под давлением расплавом алюминия (метод СВС-прессования). Выбран состав экзотермической шихты 2Ti + C + + 22,5мас.%Al + 10мас.%TiH2, обеспечивающий получение по технологии СВС пористого каркаса МАХ-фазы Ti2AlC без примесных фаз. Показано, что при пропитке алюминием горячего СВС-каркаса образуются новые фазы: МАХ-фаза (Ti3AlC2), карбид (TiC) и алюминид (Al3Ti) титана. Вместе с тем содержание базовой МАХ-фазы остается высоким, и керамический компонент материала на 76 % состоит из Ti2AlC. При анализе микроструктуры выявлено, что после пропитки и охлаждения композит имеет некоторую остаточную пористость. Выполнены экспериментальные исследования влияния давления пропитки (q = 22, 28 и 35 МПа) на распределение содержания алюминия по высоте и радиусу диаметрального сечения образца. Показано, что неоднородное распределение Al по объему образца обусловлено неоднородными полями давления и температуры и разной уплотняемостью горячих внутренних и более холодных наружных объемов образца. При увеличении давления пропитки степень уплотнения характерных зон выравнивается и неоднородность состава по объему образца уменьшается. При q = 35 МПа разность концентраций алюминия по объему образца не превышает 5 %. По уровню твердости (HB ≈ 150 кг/мм2) СВС-прессованный алюмокерамический каркасный композит на основе МАХ-фазы Ti2AlC соответствует алюминиевым сплавам высокой прочности Al–Zn–Mg–Cu.

1. Adebisi A.A., Maleque M.A., Rahman M.M. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis // Int. J. Autom. and Mech. Eng. 2011. Vol. 4. P. 471—480.

2. Binner J.,Chang H., Higginson R. Processing of ceramicmetal interpenetrating composites // J. Europ. Ceram. Soc. 2009. Vol. 29. P. 837—842.

3. Li J., Binner J., Higginson R. Dry sliding wear behavior of co-continuous ceramic foam/aluminum alloy interpenetrating composites produced by pressureless infiltration // Wear. 2012. Vol. 276. P. 94—104.

4. Wang H., Wang S., Liu G., Wang Y. AlSi11/Si3N4 interpenetrating composites. Tribology properties of aluminum matris composites // Advan. Mater. Phys. and Chem. 2012. Vol. 2. No. 4B. P. 130—133.

5. Peng H.X., Fan Z., Evans J.R.G. Bi-continuous metal matrix composites // Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 303. P. 37—45.

6. Lan J., Yan-li J., Liang Y., Nan S., You-dong D. Experimental study and numerical analysis on dry friction and wear performance of co-continuous SiC/Fe−40Cr against SiC/2618 Al alloy composites // Trans. Nonfer. Met. Soc. China. 2012. Vol. 22. P. 2913—2924.

7. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение-1, 2007.

8. Barsoum M. W. Thermodynamically stable nanolaminates // Progr. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.

9. Самсонов Г.В., Борисова А.Л., Жидкова Т.Г. и др. Физико-химические свойства окислов: Справочник. М.: Металлургия, 1978.

10. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения: Справочник. М.: Металлургия, 1976.

11. Wang X.H., Zhou Y.C. Layered machinable and electrically conductive Ti2AlC and Ti3AlC2 ceramics: a review // J. Mater. Sci. Technol. 2010. Vol.26. No. 5. P. 385—416.

12. Wang P., Mei B., Hong X., Zhou W. Synthesis of Ti2A1C by hot pressing and its mechanical and electrical properties//Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2007. Vol.17. P. 1001—1004.

13. Ge Z., Chena K., Guo J., Zhou H., Ferreira J.M.F. Combustion synthesis of ternary carbide Ti3AlC2 in Ti–Al–C system // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. Vol. 23. P. 567—574.

14. Левашов Е.А., Погожев Ю.С., Штанский Д.В., Петржик М.И. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез керамических материалов на основе Мn+1АХn фаз в системе Ti—Cr—Al—C // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2008. No. 3. С. 34—46.

15. Stolin A.M., Vrel D., Galyshev S.N.,Hendaoui A., Bazhin P.M., Sytschev A.E. Hot forging of MAX compounds SHS-producedin the Ti—Al—C system // Int. J. SHS. 2009. Vol. 18. No. 3. P. 194—199.

16. Meng F., Liang B., Wang M. Investigation of formation mechanism of Ti3SiC2 by self-propagating high-temperature synthesis // Int. J. Refr. Met. and Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 152—161.

17. Thomas T., Bowen C.R. Thermodynamic predictions for the manufacture of Ti2AlC MAX-phase ceramic by combustion synthesis // J. Alloys and Comp. 2014. Vol. 602. P. 72—77.

18. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермошкин А.А., Давыдов Д.М. Влияние газифицирующих добавок на фазовый состав продуктов горения при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе МАХ-фаз в системе Ti—C—Al // Изв. Самар. НЦ РАН. 2014. Т. 16. No. 6. С. 50—55.

19. Spencer С.В. Fiber-Reinforced Ti3SiC2 and Ti2AlC MAX Phase Composites // A Thesis of Master of Science in Materials Science and Engineering. Drexel University, 2010.

20. Ермошкин А.А. СВС-прессование многокомпонентных катодов на основе систем Ti—C—Al и Ti—C—Al—Si для нанесения вакуумно-дуговых покрытий: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Самара: СамГТУ, 2012.

21. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник / Под ред. Ф.И. Квасова, И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия, 1984.

22. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. М.: Металлургия, 1986.