Экспериментальное исследование воздействия рафинирующих флюсов на процесс получения наноструктурного композита Al-5%Cu-10%TiC методом СВС Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

68 СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №3 (4), 2016 УДК 669

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАФИНИРУЮЩИХ ФЛЮСОВ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРНОГО КОМПОЗИТА Al-5%Cu-10%TiC МЕТОДОМ СВС Луц Альфия Расимовна, доцент (e-mail: [email protected]) Латухин Евгений Иванович, доцент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия

В статье приводятся результаты экспериментального исследования влияния добавок рафинирующих флюсов МХЗ и криолит на синтез алюмо-матричного композиционного сплава Al-5%Cu-10%TiC.

Ключевые слова: алюминий, карбид титана, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, шихта, флюс.

В предыдущих исследованиях [1,2] было показано, что ученым СамГТУ удалось успешно реализовать технологию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ^ВО) в расплаве для получения целого ряда перспективных лигатур и композиционных сплавов. Одним из последних достижений явилось получение композита Al-5%Cu-10%TiC, содержащего в своем составе нано- и ультрадисперсные частицы целевой фазы карбида титана. На рисунке 1 приведена микроструктура такого сплава с увеличением х500и х5000.

а б

Рисунок 1. Микроструктура образца сплава Al-5%Cu-10%TiC

Анализ микроструктуры показывает, что размер частиц карбидной фазы составляет от 90 до 200 нм, но при этом отмечаются небольшие агломераты, преимущественно по границам зерен матричного сплава. Вместе с тем, прочностные свойства сплава демонстрируют тенденцию к

повышению (таблица 1) и представляются вполне перспективными для проведения последующих исследований.

Таблица 1 - Механические свойства матричного алюминия и синтезированных композиционных алюминиевых сплавов

С0,2 Сш 5 ¥ НВ

[МРа] [МРа] [%] [%]

Л1 67 81 9,4 24,0 25,0

Л1-5%Си 65 136 11,7 20,2 45,6

Л1-5%Си-10%Т1С 74 192 16,6 17,0 62,1

Хотя полученные характеристики прочности достаточно высоки, их дальнейшее повышение может быть связано с получением более равномерной микроструктуры сплава. Поэтому наличие в составе композита Л1-5%Cu-10%TiC нерастворившихся агломератов, состоящих из мелких частиц нано- и ультрадиперсного уровня, обусловило поиск решений, направленных на выявление причин их появления и способов растворения данных агломератов. Предварительный анализ на основе построения феноменологической модели воздействия рафинирующих флюсов показал высокую вероятность их термической диссоциации в ходе CВ-синтеза с образованием соединений, вступающих в химическую реакцию с оксидами порошковых компонентов, а также образование легколетучих газообразных продуктов, оказывающих «продувающий» эффект на расплав. Целью данной работы стало экспериментальное исследование применения флюсов МХЗ и криолит на синтез композиционного сплава Al-5%Cu-10%TiC.

Экспериментальное исследование применения флюса МХЗ при получении наноструктурного композитаЛ1-5%Сы-10%Т1С Флюс МХЗ, содержащий три компонента (30-35% №С1, 52-57% KCI, 1013% Na2SiF6), обладающих рафинирующим воздействием, добавлялся в концентрациях 0,1; 0,5 и 1% от массы плавки. Микроструктура образцов представлена на рисунке 2.

По результатам можно сделать вывод о том, что помимо образования множества равноосных частиц ТЮ округлой формы с повышением количества флюса увеличивается присутствие побочной нежелательной фазы игольчатой формы, которая по данным микрорентгеноспектрального анализа представляет собой интерметаллид AlзTi. В то же время фаза карбида титана при увеличении количества флюса все более представляет собой спекшиеся агломераты из неразъединившихся карбидных частиц.

д е

а, б - 0,1% ; в, г - 0,5% ; д, е - 1% Рисунок 2. Микроструктура композита А1-5%Си-10%ТЮ, синтезированного с добавлением различного количества флюса МХЗ

Очевидно, подобная форма образования карбидных частиц - следствие повышения реакционной способности компонентов и чрезвычайно быстротечной СВС-реакции в расплаве, происходящей под воздействием большого количества флюса.

Анализ размеров включений керамической фазы ТЮ образцов, полученных с различным содержанием флюса МХЗ, показал, что наименьший размер частиц (480 нм) получен при минимальном добавлении флюса - 0,1%, однако столь крупный размер частиц не соответствует поставленной цели исследования сохранения нано- и ультрадисперсного размера частиц (до 500 нм), поэтому применение флюса МХЗ признано нецелесообразным.

Экспериментальное исследование применения флюса криолит

при получении наноструктурного композита Al-5%Cu-10%TiC Флюс криолит, содержащий фторид натрия, добавлялся также в концентрациях 0,1; 0,5 и 1% от массы плавки. Микроструктура образцов представлена на рисунке 3.

д е

а, б - 0,1% ; в, г - 0,5% ; д, е - 1% Рисунок 3. Микроструктура композита Al-5%Cu-10%TiС, синтезированного с добавлением различного количества флюса криолит

Очевидно, что при минимальном количестве флюса наблюдается равномерное, с небольшими скоплениями распределение карбидной фазы размером 100-200 нм преимущественно по границам зерен.

Дальнейшие результаты показали, что с повышением количества флюса криолит изменяется и характер распределения карбидной фазы: вместо локализации по границам зерен, наблюдается равномерная, без крупных агломератов структура, но размер частиц TiC повышается до 100-300 нм

при добавлении 0,5% и до 100-600 нм при добавлении 1% флюса. На этом основании можно сделать вывод, что оптимальным количеством флюса криолит для избавления от агломератов, но при условии сохранения максимального количества наноразмерных частиц TiC, является его содержание от 0,1 до 0,5%.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что добавление флюсов в расплав в обоих случаях способствует полноценному прохождению СВС-реакции, повышению температуры расплава в зоне реакции и получению чистого излома, однако приоритетным является использование флюса криолит в количестве не более 0,5%.

Список использованных источников

1. Ермошкин, А. А. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез литых алюмоматричных композиционных материалов, армированных наночастицами карбида титана [Текст]: дисс. ...канд. техн. наук.- Самара.- 2015.- 243 с.

2. Луц, А.Р. СВС композиционных сплавов, армированных нанодисперсными частицами карбида титана, на основе модельно сплава Al-5%Cu // В сб. «Высокие технологии в машиностроении»: материалы Всерос. науч.- техн. интернет-конф. / Отв. редактор В.Н. Трусов. - Самара: Самар.гос. техн. ун-т, 2015. - 255 с.: ил.

Lutz Alfia Rasimovna, Associate Professor

(e-mail: [email protected])

Samara State Technical University, Samara, Russia

Latukhin Evgeny Ivanovich, Associate Professor

(E-mail: [email protected])

Samara State Technical University, Samara, Russia EXPERIMENTAL STUDY OF EFFECTS REFINING FLUXES PROCESS FOR PRODUCING COMPOSITE NANOSTRUCTURED Al-5% Cu-10% TiC BY SHS

Abstract. The article presents the results of an experimental study of the influence of additives refining fluxes MHZ and cryolite in the synthesis of aluminum-matrix composite alloy Al-5% Cu-10% TiC.

Keywords: aluminum, titanium carbide, self-propagating high-temperature synthesis, charge, flux.