Получение и свойства наноструктурного металломатричного композита на основе алюминия с применением методов сильноточной электроники

Номер гранта:14-08-90043
Область научного знания:фундаментальные основы инженерных наук
Тип конкурса: («Бел_а»)(«бел_а») международный конкурс российско-белорусских проектов
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Паранин С.Н.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Фундаментальные исследования в проекте ориентированы на создание наноструктурных металломатричных композитов (ММК) на основе алюминия с усиливающими частицами оксида алюминия. К исследованию предлагается технологический процесс, основанный на трех известных электрофизических методах и содержащий следующие этапы: 1. Получение наноразмерного порошка металлического алюминия, содержащего оксидную фракцию, методом электрического взрыва проводников (ЭВП). 2. Получение заготовок или готовых изделий металломатричного композита Al-Al2O3 методом магнитно-импульсного прессования (МИП). 3. Консолидация ММК методом электроимпульсного спекания (ЭИС). Также будет опробован и исследован метод, в котором МИП и ЭИС совмещены. Параметры, определяющие уровень механических свойств ММК, как известно, являются масштаб структуры, количество и фазовый состав упрочняющей фазы, в данном случае оксида алюминия, и диффузионно сформированное состояние межзеренных границ. Совокупность приведенных методов, ранее не применявшихся в такой комбинации, способна как раз обеспечить высокий уровень механических свойств ММК: при ЭВП получается гомогенный композиционный нанопорошок, МИП обеспечивает уплотнение до почти полной плотности, при ЭИС формируются границы между металлическими зернами. В результате выполнения проекта будут получены: - Экспериментальные данные о структуре металломатричного композита Al-Al2O3 и его физических свойствах (микротвердость, ползучесть, термостабильность, прочность на разрыв, КТР, удельное сопротивление) в зависимости от соотношения оксид – металл и пористости. - Экспериментальные данные о взаимосвязях технологических параметров используемых методов и свойств получаемых порошков, прессовок и ММК. - Научные требования, предъявляемые к установкам ЭВП, МИП, ЭИС и ЭИС+МИП при их использовании для получения наноструктурных ММК. - Технологические режимы получения ММК с высокими эксплуатационными свойствами.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Проект посвящен разработке методов получения и созданию наноструктурных металломатричных композитов (ММК) конструкционного назначения на основе алюминия с усиливающими частицами оксида алюминия. Технологический процесс основан на трех известных электрофизических методах и содержит следующие этапы: 1. Получение порошка металлического алюминия, содержащего оксидную фракцию, методом электрического взрыва проводников (ЭВП). 2. Получение заготовок или готовых изделий металломатричного композита Al-Al2O3 методом магнитно-импульсного прессования (МИП). 3. Консолидация ММК методом электроимпульсного спекания (Выполняется в ФТИ НАН Беларуси). Проведено исследование трех технологических маршрутов. Исходный порошок во всех вариантах был получен методом ЭВП. Первый маршрут – магнитно-импульсное прессование электровзрывного порошка (МИП). Во втором маршруте после стадии прессования следует стадия электроимпульсного спекания (МИП+ЭИС). По третьему маршруту производится магнитно-импульсное прессование порошка после предварительного механического сплавления (МС+МИП). Варьировали состав композитного порошка: 6, 9, 17 и 24 % оксида, и температуру прессования: 20, 250 и 400 С. Электрический взрыв алюминиевой проволоки непосредственно в кислородсодержащей атмосфере позволяет получать композитные порошки с округлой формой частиц и слабой степенью агломерации. При этом в процессе образования частиц алюминия с размерами 100-200 нм на их поверхности образуется оболочка толщиной от 2 до 5 нм из оксида алюминия в аморфном состоянии, которая защищает частицу от дальнейшего окисления и предотвращает слипание частиц. По мере увеличения содержания кислорода в окружающем газе средний размер частиц уменьшается, и появляются полностью оксидные частицы. По данным РФА порошки содержат три фазы: кристаллический алюминий, кристаллический гамма-оксид алюминия, а также оксид алюминия в аморфном состоянии. Механическое сплавление электровзрывных порошков (помол в высокоэнергетической мельнице в среде аргона) приводит к свариванию частиц порошка с образованием агломератов с размерами 10-100 мкм при размере ОКР алюминия около 50 нм. Магнитно-импульсным прессованием композитных ЭВ порошков при амплитуде давления 1,4 ГПа получены цельные однородные прессовки – образцы ММК с относительной плотностью в диапазоне 0,84-0,99. Повышение температуры прессования и снижение в составе порошка количества оксида увеличивает уплотняемость порошков. Для состава с 24 % оксида относительная плотность компактов, полученных при 400 С, составила 0,95, а для образцов с меньшим содержанием оксидной фазы достигала 0,99. ЭИС не влияет на изменение плотности спрессованного материала. Применение МС обеспечивает при МИП почти полную плотность даже для состава с 24% оксида при комнатной температуре. Образцы ММК всех составов, полученные прессованием ЭВ порошков при комнатной температуре, имеют очень высокое удельное сопротивление, что свидетельствует об отсутствии по объему металлической связи. Повышение температуры прессования ведет к появлению таких связей, но даже прессование при 400 С не обеспечивает их полное формирование. Применение ЭИС улучшает ситуацию – удельное сопротивление существенно снижается. А наиболее эффективно увеличивает проводимость ММК применение механического сплавления. Наилучшие характеристики по микротвердости и прочности на разрыв, 2,1 ГПа и 330-350 МПа, соответственно, реализованы для состава Al-9Al2O3, полученного по технологическому маршруту МС+МИП при 400 С.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 29.03.2024.
Помог ли вам материал?
0    0