Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 511-519

 

Евгений Сергеевич Прусов1, Владислав Борисович Деев2†, Андрей Викторович Киреев3

Жидкофазный синтез металломатричных композитов гибридного состава

1, 3 Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, ул. Горького, 87, 600000, Владимир, Россия
2 Уханьский текстильный университет, ул. ФангЖи, 1, 430073, Ухань, КНР
2 НИТУ «МИСиС», Ленинский проспект, 4, 119049, Москва, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-4189-877X
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-8349-8072
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Разработки в направлении получения литых металломатричных композитов с использованием двух или более различных типов армирующих компонентов способствовали переходу к созданию нового класса композиционных материалов, называемых композитами гибридного состава. По сравнению с моноармированными материалами, гибридное армирование обеспечивает возможность повышения эффективности армирующего действия компонентов за счет их совместного влияния, что позволяет снизить предельные концентрации армирующих частиц при сохранении необходимого уровня достигнутых свойств композитов. Реализовать подобный подход при получении литых металломатричных композитов можно путем комбинирования традиционных литейно-металлургических методов и процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза эндогенных соединений в условиях жидкофазного совмещения реакционно-активных порошковых прекурсоров и экзогенных компонентов с матричными расплавами. В настоящей работе опробованы технологические решения по получению металломатричных композитов гибридного состава, основанные на комбинации эндогенного и экзогенного армирования частицами различной физико-химической природы методом жидкофазного реакционного синтеза. Приведены сравнительные данные о качественном и количественном фазовом составе моноармированных и гибридных металломатричных композитов и кристаллогеометрические параметры идентифицированных фаз. Полученные данные о фазовом составе композитов Al – 10% Al3Ti – 5% B4C свидетельствуют о полном протекании процессов формирования целевых интерметаллидных фаз и о сохранении вводимых экзогенных частиц. В образцах гибридных композитов не обнаружены какие-либо метастабильные или промежуточные соединения, образование которых свидетельствовало бы о частичной деградации карбида бора или о неполном взаимодействии порошкового титана с алюминиевым расплавом. Предложенный подход позволяет существенно расширить потенциальные возможности для целенаправленного управления структурой литых металломатричных композитов с точки зрения формирования заданных физико-механических и эксплуатационных свойств изделий.

Ключевые слова: литые металломатричные нанокомпозиты, жидкофазный синтез, гибридное армирование, межфазное взаимодействие, фазовый состав.

УДК 621.74: 669.7.018

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.014


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 511-519

 

Evgeniy S. Prusov1, Vladislav B. Deev2†, Andrey V. Kireev3

Liquid-phase synthesis of metal-matrix composites with hybrid composition

1, 3 Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs, Gorky Str., 87, Vladimir, 600000, Russia
2 Wuhan Textile University, FangZhi Road, 1, Wuhan, 430073, China2 NUST «MISIS», Leninsky Prospekt, 4, Moscow, 119049, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-4189-877X
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-8349-8072
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Developments in the direction of producing cast metal matrix composites using two or more different types of reinforcing components contributed to the transition to the creation of a new class of composite materials called hybrid composites. Compared with mono-reinforced materials, hybrid reinforcement makes it possible to increase the efficiency of the reinforcing action of the components due to their combined effect, which makes it possible to reduce the limiting concentration of reinforcing particles while maintaining the required level of the achieved properties of composites. A similar approach in the production of cast metal matrix composites can be achieved by combining traditional casting-metallurgical methods and the process of self-propagating high-temperature synthesis of endogenous compounds under conditions of a liquid-phase combination of reactive powder precursors and exogenous components with matrix melts. In this work, we tested technological solutions for the production of metal matrix composites with hybrid composition, based on a combination of endogenous and exogenous reinforcement with particles of different physicochemical nature by the method of liquid-phase reaction synthesis. Comparative data on the qualitative and quantitative phase composition of mono-reinforced and hybrid metal matrix composites and crystal geometric parameters of the identified phases are presented. The data obtained on the phase composition of the Al - 10% Al3Ti - 5% B4C composites indicate that the formation of target intermetallic phases is complete and that the introduced exogenous particles are retained. In the samples of hybrid composites, no metastable or intermediate compounds were found, the formation of which would indicate a partial degradation of boron carbide or incomplete interaction of titanium powder with an aluminum melt. The proposed approach makes it possible to significantly expand the potential for purposeful control of the structure of cast metal matrix composites from the point of view of the formation of the specified physical, mechanical and operational properties of products.

Keywords: cast metal matrix nanocomposites, liquid-phase synthesis, hybrid reinforcement, interphase interaction, phase composition.