Термическая стабильность структуры и микротвердости нанокомпозита а1-0,05об.%А1203, полученного многократной прокаткой с сопряжением слоев
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-48-56
Аннотация
Исследована эволюция микроструктуры и микротвердости нанокомпозита Аl—0,05об.%п Аl203 (где П Аl2О3 — наночастицы оксида алюминия) и алюминия без наночастиц, полученных методом многократной прокатки с сопряжением слоев, при отжигах в интервале температур 373—573 К. Для получения нанокомпозита шарообразные наночастицы AI2O3 со средним диаметром 50 нм вводили между прокатываемыми пластинами технически чистого алюминия с 1-го по 4-й циклы прокатки, а 5-10-е циклы прокатки проводили без наночастиц. Методом просвечивающей электронной микроскопии измерены средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры и их средний коэффициент неравноосности в исходном состоянии и после отжига при 473 К. Показано, что микротвердость нанокомпозита на 5—13 % превышает соответствующее значение HV для алюминия во всем исследованном интервале температур отжига. Основным фактором более высокой микротвердости нанокомпозита служит дисперсное упрочнение за счет наночастиц AI2O3. При этом вклад субструктурного и зернограничного упрочнения в обоих материалах одинаковый. Термическая стабильность микротвердости нанокомпозита лишь на ~25 К выше, чем у алюминия, что обусловлено неоднородным распределением наночастиц в матрице и их малой объемной долей. Также играет роль сама по себе высокая термическая стабильность ультрамелкозернистой структуры, сформированной путем многократной прокатки с сопряжением слоев, по сравнению с другими методами интенсивной пластической деформации. Установлено, что большинство наночастиц AI2O3 остаются на границах зерен нанокомпозита после отжига при 473 К, поэтому способность закреплять границу наночастицами AI2O3 в исследованных условиях сохраняется по крайней мере до 473 К.
Ключевые слова
многократная прокатка с сопряжением слоев,
нанокомпозит,
микроструктура,
микротвердость,
термическая стабильность
При поддержке: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Томской области в рамках научного проекта №16-43-700440. Структурные исследования методом просвечивающей электронной микроскопии проведены на оборудовании центра коллективного пользования «Нанотех» в ИФПМ СО РАН, измерение микротвердости — на оборудовании Томского материаловедческого центра коллективного пользования Национального исследовательского Томского государственного университета
Об авторах
К. В. Иванов
Институт физики прочности и материаловедения, СО РАН
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории композиционных материалов ИФПМ СО РАН.
634055, Томск, пр-т Академический, 2/4
Е. А. Глазкова
Институт физики прочности и материаловедения, СО РАН
Россия
Россия
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов ИФПМ СО РАН.
634055, Томск, пр-т Академический, 2/4
С. В. Фортуна
Институт физики прочности и материаловедения, СО РАН
Россия
Россия
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики упрочнения поверхности ИФПМ СО РАН.
634055, Томск, пр-т Академический, 2/4
Т. А. Калашникова
Институт физики прочности и материаловедения, СО РАН
Россия
Россия
Инженер лаборатории контроля качества материалов и конструкций ИФПМ СО РАН.
634055, Томск, пр-т Академический, 2/4
Список литературы
1. Miracle D.B. Metal matrix composites — From science to technological significance. Composites Sci. Technol. 2005. Vol. 65. P. 2526—2540. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.05.027.
2. Bodunrin M.O., Alaneme K.K., Chown L.H. Aluminium matrix hybrid composites: A review of reinforcement philosophies; mechanical, corrosion and tribological characteristics. J. Mater. Res. Technol. 2015. Vol. 4. P. 434—445. DOI: 10.1016/j.jmrt.2015.05.003.
3. Березовский В.В. Применение дисперсно-упрочненных металлических композиционных материалов на основе алюминиевого сплава, армированного частицами SiC, в авиационной промышленности. Новости материаловедения. Наука и техника. 2013. No. 4. С. 1—11.
4. Suryanarayana C, Nasser A. Mechanically alloyed nanocomposites. Progr. Mater. Sci. 2013. Vol. 58. P. 383—502. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.10.001.
5. Mousavian R.T, Khosroshahi R.A., Yazdani S, Brabazon D, Boostani A.F. Fabrication of aluminum matrix composites reinforced with nano- to micrometer-sized SiC particles.
6. Mater. Des. 2016. Vol. 89. P. 58—70. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.09.130.
7. Behm N, Yang H, Shen J., Ma K, Kecskes L.J., Laver-nia E.J., Schoenung J.M., Wei Q. Quasi-static and high-rate mechanical behavior of aluminum-based MMC reinforced with boron carbide of various length scales. Mater. Sci. Eng. A. 2016. Vol. 650. P. 305—316. DOI: 10.1016/j.msea.2015.10.064.
8. Tjong S.C. Novel nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties. Adv. Eng. Mater. 2007. Vol. 9. P. 639—652. DOI: 10.1002/adem.200700106.
9. Casati R, Vedani M. Metal matrix composites reinforced by nano-particles — A review. Metals. 2014. Vol. 4. P. 65— 83. DOI: 10.3390/met4010065.
10. Balog M, Hu T, Krizik P., Riglos M. V.C., Saller B.D., Yang H, Schoenung J.M., Lavernia E.J. On the thermal stability of ultrafine-grained Al stabilized by in-situ amorphous Аl2О3 network. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 648. P. 61—71. DOI: 10.1016/j.msea.2015.09.037.
11. SreeManu K.M., ArunKumarS, Rajan T.P.D., RiyasMohammed M, Pai B.C. Effect of alumina nanoparticle on strengthening of Al—Si alloy through dendrite refinement, interfacial bonding and dislocation bowing. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 712. P. 394—405. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.104.
12. Islamgaliev R.K., Buchgraber W, Kolobov Yu.R, Amirkhanov N.M., Sergueeva A.V, Ivanov K.V, Grabovetskaya G.P. Deformation behavior of Cu-based nanocomposite processed by severe plastic deformation. Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 319-321. P. 872—876.
13. Bachmaier A., Pippan R. Generation of metallic nanocomposites by severe plastic deformation. Int. Mater. Rev. 2013. Vol. 58. P. 41—62. DOI: 10.1179/1743280412Y.0000000003.
14. Schmidt C.W, Knieke C, Maier V, Hoppel H.W, Peukert W, Goken M. Accelerated grain refinement during accumulative roll bonding by nanoparticle reinforcement. Scripta Mater. 2011. Vol. 64. P. 245—248. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.10.013.
15. Soltani M.A., Jamaati R, Toroghinejad M.R. The influence of TiO2 nano-particles on bond strength of cold roll bonded aluminum strips. Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 550. P. 367—374. DOI: 10.1016/j.msea.2012.04.089.
16. Jamaati R., Toroghinejad M.R., Edris H. Fabrication of nanoparticle strengthened IF steel via ARB process. Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 583. P. 20—24. DOI: 10.1016/j.msea.2013.06.068.
17. Jamaati R, Toroghinejad M.R., Edris H. Effect of SiC nanoparticles on the mechanical properties of steel-based nanocomposite produced by accumulative roll bonding process. Mater. Des. 2014. Vol. 54. P. 168—173. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.08.033.
18. WangX., Liu W., HuX., Wu K. Microstructural modification and strength enhancement by SiC nanoparticles in AZ31 magnesium alloy during hot rolling. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 715. P. 49—61. DOI: 10.1016/j.msea.2017.12.075.
19. Колобов Ю.Р, Грабовецкая Г.П, Иванов К.В., Иванов М.Б. Диффузионная проницаемость и механические свойства объемных наноструктурных материалов, полученных воздействием интенсивной пластической деформации. Химия в интересах устойчивого развития. 2002. Т. 10. С. 111—118.
20. Лернер М.И., Сваровская Н.В., Псахье С.Г., Бакина О.В. Технология получения, характеристики и некоторые области применения электровзрывных нанопорошков металлов. Российские нанотехнологии. 2009. No. 11-12. С. 56—68.
21. Liu Z.-K, Chang Y.A. Thermodynamic assessment of the Al—Fe—Si system. Metall. Mater. Trans. A. 1999. Vol. 30A. P. 1081—1095. DOI: 10.1007/s11661-999-0160-3.
22. Ivanov K. V, Fortuna S. V, Kalashnikova T.A., Glazkova E.A. Effect of alumina nanoparticles on the microstructure, texture, and mechanical properties of ultrafine-grained aluminum processed by accumulative roll bonding. Adv. Eng. Mater. 2019. Vol. 21. P. 1701135 (1—6). DOI: 10.1002/adem.201701135.
23. Su L, Lu C, Tieu K, Deng G. Annealing behavior of accumulative roll bonding processed aluminum composites. Steel Res. Int. 2013. Vol. 84. P. 1241—1245. DOI: 10.1002/srin.201300032.
24. Carpenter J.S., Zheng S.J., Zhang R.F., Vogel S.C., Beyerlein I.J., Mara N.A. Thermal stability of Cu—Nb nanolamellar composites fabricated via accumulative roll bonding. Phil. Mag. 2013. Vol. 93. P. 718—735. DOI: 10.1080/14786435.2012.731527.
Рецензия
Для цитирования:
Иванов К.В., Глазкова Е.А., Фортуна С.В., Калашникова Т.А. Термическая стабильность структуры и микротвердости нанокомпозита а1-0,05об.%А1203, полученного многократной прокаткой с сопряжением слоев. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(4):48-56. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-48-56
For citation:
Ivanov K.V., Glazkova E.A., Fortuna S.V., Kalashnikova T.A. Thermal stability of Al—0,05 vo1.% Al2O3 nanocomposite fabricated by accumulative roll bonding. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2019;(4):48-56. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-48-56
Просмотров:
526
Послать статью по эл. почте 