ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ СВС ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ IN SITU АЛЮМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ДИСКРЕТНО АРМИРОВАННЫХ НАНОРАЗМЕРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ КАРБИДА ТИТАНА. ОБЗОР

Дан обзор видов и методов получения дискретно армированных алюмоматричных композиционных материалов (АМКМ), широкое применение которых сдерживается целым рядом нерешенных проблем: высокой стоимостью как армирующих элементов, так и всего технологического процесса изготовления композитов; не всегда достаточным уровнем прочностных свойств, особенно при повышенных температурах; неравномерностью распределения армирующих частиц по объему алюминиевой матрицы, недостаточной прочностью их связи с ней. Обсуждено, какой вклад в решение этих проблем может внести примене- ние процессов in situ, в том числе процесса СВС, для получения литых наноструктурных АМКМ. Более детально это показано на конкретном примере композита Al–10%TiC, дискретно армированного наноразмерными частицами карбида титана.

композиционный материал, алюминий, расплав, карбид титана, самораспространяющийся высокотемпературный синтез

1. Karl U. Kainer. Metal matrix composites. Weinheim: Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006.

2. Adebisi A.A. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis // Int. J. Autom. Mech. Eng. 2011. Vol. 4. Р. 471—480.

3. Курганова Ю.А., Фетисов Г.П., Гаврилов Г.Н. Композиционные материалы в авиации и их прогнозирование // Технол. металлов. 2015. No. 1. С. 22—25.

4. Панфилов А.В. Современное состояние и перспективы развития литых дискретно-армированных алюмоматричных композиционных материалов // Литейщик России. 2008. No. 7. С. 23—28.

5. Singh H., Sarabjit, Jit N., Tyagi A.K. An overview of metal matrix composite: processing and SiC based mechanical properties // J. Eng. Res. Stud. 2011. Vol. 2. Р. 72—78.

6. Rana R.S., Purohit R., Das S. Review of recent studies in Al matrix composites // Int. J. Sci. Eng. Res. 2012. Vol. 3. No. 6. P. 1—16.

7. Kennedy A.R., Wyatt S.M. Characterising particle-matrix interfacial bonding in particulate Al—TiC MMCs produced by different methods // Composites. A. 2001. Vol. 32. No. 3—4. P. 555—559.

8. Jerome S., Ravisankar B., Mahato P.K., Natarajan S. Synthesis and evaluation of mechanical and high temperature tribological properties of in-situ Al—TiC composites // Tribol. Int. 2010. Vol. 43. No. 11. Р. 2029—2036.

9. Song I.H., Kim D.K., Hahn Y.D., Kim H.D. Synthesis of in-situ TiC—Al composite by dipping exothermic reaction process // Met. Mater. Int. 2004. Vol. 10. No. 3. P. 301—306.

10. Borgonovo C., Apelian D., Makhlouf M.M. Aluminum nanocomposites for elevated temperature applications // JOM. 2011. Vol. 63. No. 2. P. 57—64.

11. Tjong S.Ch. Novel nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties // Adv. Eng. Mater. 2007. Vol. 9. No. 8. Р. 639—652.

12. Camargo P.H.C., Satyanarayana K.G., Wypych F. Nanocomposites: synthesis, structure, properties and new application opportunities // Mat. Res. 2009. Vol. 12. No. 1. Р. 1—39.

13. Крушенко Г.Г. Роль частиц нанопорошков при формировании структуры алюминиевых сплавов // Металлургия машиностроения. 2011. No. 1. С. 20—24.

14. Casati R., Vedani M. Metal matrix composites reinforced by nano-particles: Review // Metals. 2014. No. 4. P. 65—83.

15. Sanaty-Zadeh A. Comparison between current models for the strength of particulate-reinforced metal matrix nanocomposites with emphasis on consideration of Hall—Petch effect // Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 531. No. 1. Р. 112—118.

16. Zhang Z., Chen D.L. Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 483. Р. 148—152.

17. Zhou D., Qiu F., Jiang Q. The nano-sized TiC particle reinforced Al—Cu matrix composite with superior tensile ductility // Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 622. P. 189—193.

18. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков В.Л. Производство отливок из сплавов цветных металлов. 2-е изд. М.: МИСИС, 1996.

19. Vinod Kumar G.S., Murty B.S., Charaborty M. Development of Al—Ti—C grain refiners and study of their grain refining efficiency on Al and Al—7Si alloy // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 396. No. 1—2. P. 143—150.

20. Михеев Р.С., Чернышова Т.А. Дискретно армированные композиционные материалы системы Al—TiC // Загот. пр-ва в машиностроении. 2008. No. 11. С. 44—53.

21. Крушенко Г.Г. Средства и технологии увеличения содержания нанопорошков в алюминиевых модифицирующих прутках // Нанотехника. 2011. No. 3. С. 55—64.

22. Mazaheri Y., Meratian R., Emadi A., Najarian R. Comparison of microstructural and mechanical properties of Al—TiC, Al—B4C and Al—TiC—B4C // Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 560. P. 278—287.

23. Yang Y., Li X. Ultrasonic cavitation based nanomanufacturing of bulk aluminum matrix nanocomposites // J. Manufact. Sci. Eng. 2007. Vol. 129. Р. 497—501.

24. Косников Г.А., Баранов В.А., Петрович С.Ю., Калмыков А.В. Литейные наноструктурные композиционные алюмоматричные сплавы // Литейн. пр-во. 2012. No. 2. С. 4—9.

25. Lü L., Lai M.O., Yeo J.L.In situ synthesis of TiC composite for structural application // Composite Structures. 1999. Vol. 47. No. 1—4. P. 613—618.

26. Kim W.J., Hong S.I., Lee J.M., Kim S.H. Dispersion of TiC particles in an in situ aluminum matrix composite by shear plastic flow during high-ratio differential speed rolling // Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 559. No. 1. P. 325—332.

27. Kim S.-H., Cho Y.-H., Lee J.-M. Particle distribution and hot workability of in situ synthesized Al—TiCp composite // Metall. Mater. Trans. A. 2014. Vol. 45. No. 6. P. 2873—2884.

28. Liu Zh., Han Q., Li J. Ultrasound assisted in situ technique for the synthesis of particulate reinforced aluminum matrix composites // Composites. B: Eng. 2011. Vol. 42. No. 7. P. 2080—2084.

29. Rai R.N., Prasado Rao A.K., Dutta G.L., Chakraborty M. Forming behavior of Al—TiC in situ composites // Mater. Sci. Forum. 2013. Vol. 765. P. 418—422.

30. Каталог нанопорошков оксидов, карбидов, нитридов. URL: http://plasmotherm.ru/catalog/ (дата обращения 18.07.2015).

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

32. Амосов А.П., Никитин В.И., Никитин К.В., Рязанов С.А. Научно-технические основы применения процессов СВС для создания литых алюмоматричных композиционных сплавов, дискретно армированных наноразмерными керамическими частицами // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2013. No. 8. С. 3—10.

33. Амосов А.П., Титова Ю.В., Майдан Д.А., Ермошкин А.А., Тимошкин И.Ю. О применении нанопорошковой продукции азидной технологии СВС для армирования и модифицирования алюминиевых сплавов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 1. С. 68—74.

34. Nikitin V.I., Amosov A.P., Merzhanov A.G., Lukjanov G.S. Reserch and production of SHS master alloy for manufacture aluminum alloys // Int. J. SHS. 1995. Vol. 4. No. 1. P. 105—112.

35. Peijie Li, Kandalova E.G., Nikitin V.I., Luts A.R., Makarenko A.G., Yanfei Zh. Effect of fluxes on structure formation of SHS Al—Ti—B grain refiner // Mater. Lett. 2003. Vol. 57. No. 22—23. P. 3694—3698.

36. Peijie Li, Kandalova E.G., Nikitin V.I., Makarenko A.G., Luts A.R., Yanfei Zh. Preparation of Al—TiC composites by self-propagating high-temperature synthesis // Scr. Mater. 2003. Vol. 49. No. 7. P. 699—703.

37. Луц А.Р., Макаренко А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение, 2008.

38. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Сычев А.Е. Приемы регулирования дисперсной структуры СВС-порошков: от монокристальных зерен до наноразмерных частиц // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2006. No. 5. С. 9—22.

39. Луц А.Р., Амосов А.П., Ермошкин А.А., Ермошкин А.А., Никитин К.В., Тимошкин И.Ю. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез высокодисперсной фазы карбида титана из смесей порошков в расплаве алюминия // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2013. No. 3. С. 28—35.

40. Xiangha L., Zhenqing W., Zuogui Zh., Xiufang B. The relationship between microstructure and refining performance of Al—Ti—C master alloys // Mater. Sci. Eng. 2002. Vol. A332. No. 1. P. 70—74.

41. Amosov A.P., Luts A.R., Ermoshkin And.A., Ermoshkin Ant.A. Role of halide salts Na3AlF6 and Na2TiF6 in self-propagating high-temperature synthesis of Al—10%TiC nanocomposite alloy in aluminum melt // Life Sci. J. 2014. Vol. 11. No. 12s. P. 570—575.

42. Lekatou A., Karantzalis A.E., Evangelou A., Gousia V., Kaptay G., Gácsi Z., Baumli P., Simon A. Aluminium reinforced by WC and TiC nanoparticles (ex-situ) and aluminide particles (in-situ): Microstructure, wear and corrosion behavior // Mater. Design. 2015. Vol. 65. P. 1121—1135.

43. Mayrhofer P.H., Mitterer C., Musil J. Structure—property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings // Surf. Coat. Technol. 2003. Vol. 174—175. P. 725—731.