CC BY
9
Luts Alfiya Rasimovna, Cand. Tech. Sci., associate professor
(e-mail: alya_luts@mail.ru)
Rybakov Anton Dmitrievich, PhD student
(e-mail: antonsamgtu@yandex.ru)
Zakamov Dmitry Vasilievich, undergraduate
(e-mail: zeus65@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
ESTIMATION OF CORROSION RESISTANCE OF SAMPLES Al-10% TiC AND Al-5%Cu-10%TiC OBTAINED BY SHS USING VARIOUS CARBON FORMS
Abstract. The paper presents the results of evaluating the corrosion resistance of samples of composite materials Al-10% TiC and Al-5% Cu-10% TiC obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using titanium powder of the TPP-7 brand and various forms of carbon: colloidal graphite C-1, activated carbon AG-2, carbon black T-900, carbon nanotubes (CNTS) of the Taunit brand. It is shown that after exposure for 24 hours in an aqueous solution of 5.7% NaCl + 0.3% H2O2, various degrees of corrosion damage are observed. The highest corrosion resistance is demonstrated by aluminum-based samples obtained on the basis of carbon black and CNT.
Keywords: aluminum alloys, ceramic phase, titanium carbide, corrosion, carbon form.
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.010 ПОДГОТОВКА И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАЗЦОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ДИСПЕРСНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ
КАРБИДОМ ТИТАНА Луц Альфия Расимовна, к.т.н., доцент (e-mail: alya_luts@mail.ru) Закамов Дмитрий Васильевич, магистрант (e-mail: zeus65@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В работе приводятся результаты работы по микроскопическому анализу сплава Al-4%Ni и композиционного материала (КМ) Al-10%TiC. Использовалась как оптическая, так и электронная микроскопия. Для подготовки образцов применялась механическая шлифовка и электрохимическая полировка. Примененные методы подготовки и структурного анализа позволили качественно исследовать структурный и фазовый состав алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, электрохимическая обработка, микроскопический анализ, матричные фазы, карбид титана.
Одной из тенденций повышения прочности конструкционных материалов является дисперсное упрочнение при введении в пластичную металлическую матрицу высокодисперсных материалов с высокой микротвердостью. Перспективным направлением такого упрочнения являются технологии получения твердых частиц непосредственно в расплаве (In-Situ). Для этого достаточно эффективно используются СВС процессы. Результаты исследований СВС в алюминиевых расплавах опубликованы в серии науч-
ных статей [1-6], а на способы получения алюмоматричных композитов оформлены патенты [7, 10-11]. Важным развитием данного направления являются научные работы по повышению прочности матричной фазы путем введения в алюминий легирующих элементов [8, 9, 12, 13].
Важнейшей частью материаловедческих исследований является микроскопический анализ, который выполняется с использованием оптических и электронных металлографических микроскопов. Образец для микроанализа должен иметь очень гладкую поверхность, что обеспечивается шлифованием и полированием. Для алюминия и его сплавов такая обработка, особенно полирование, является весьма сложной. Мягкий и пластичный металл быстро прилипает к обрабатывающим поверхностям, делая их неработоспособными. Оставшиеся царапины на поверхности резко снижают качество изображения (рис. 1)_
Рисунок 1. Изображение на некачественно отполированном образце
В связи с этим было предложено делать полирование электрохимическим способом (электрополирование)
Из справочных данных [14] для алюминиевых сплавов рекомендовано использование 4-х типов электролитов, из которых 3 кислых и 1 щелочной. Щелочной электролит (на основе фосфата натрия) используется только для алюминия с очень малым содержанием других элементов. Для сплавов подходят кислые растворы на основе систем: хлорная кислота + уксусная кислота, борная кислота + плавиковая кислота, фосфорная кислота + хромовый ангидрид. Первые два раствора используют при температурах до 30°С, третий при 70-80 °С.
Для исследования применимости электрополировки были выбраны сплавы: А1 - 4%№ - как вариант легированного матричного сплава А1 -10%ТЮ - как композиционный сплав с нелегированной матрицей.
Результаты электрополирования показали, что наиболее подходящим является электролит фосфорная кислота + хромовый ангидрид, который дает хорошие результаты в широких пределах плотностей тока 15-70 А/дм . При средних значениях плотности тока время полирования состави-
ло 3-5 мин. Образцы после полирования визуально имели высокую степень блеска.
Микроанализ проводился на оптическом микроскопе МЕТАМ РВ - 22 и электронном микроскопе ШОЬ 3200.
Как видно из фотографий на рисунках 2 и 3 образцы показывают хорошее качество изображения, как на оптическом, так и электронном микроскопах. Фотографии с оптического микроскопа показывают, что вместе с полированием происходит небольшое травление поверхности, которое проявляет не только межфазные, но и межзеренные границы. Вследствие этого на оптических фотографиях хорошо видны кристаллы интерметал-лида №А13 и кристаллиты алюминиевых фаз. На электронных фотографиях очень четко видны зоны эвтектик, структуры конгломератов ТЮ. Причем изображения имеют высокую резкость при глубоком микрорельефе карбидной фазы, что недоступно в оптическом микроанализе. Для удобства сравнения были подобраны снимки с одинаковым увеличением - 1000 крат.
а б
Рисунок 2. Микроструктура сплава А1 - 4%№ (х1000) выполненные на: а - оптическом микроскопе; б - электронном микроскопе
Рисунок 2. Микроструктура сплава А1 - 10% ТЮ (х1000) выполненные на: а - оптическом микроскопе; б - электронном микроскопе
Таким образом, оптический и электронный микроанализ очень хорошо дополняют друг друга, а образцы после электрополирования не требуют никакой дополнительной обработки.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проекту № 19-38-90032\19.
Список литературы
1. Amosov A. P., Nath H. SHS amidst Other New Processes for In-Situ Synthesis of Al-Matrix Composites: A Review // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2016. Vol. 25. - No. 1. - pp. 50-58.
2. Amosov, A.P. Application of SHS Processes for in situ Preparation of Alumomatrix Composite Materils Discretely Reinforced by Nanodimensional Titanium Carbide Particles (Review)/ A.P. Amosov, A.R. Luts, E.I. Latukhin, A.A. Ermoshkin / Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2016. Vol. 57. - No.2. - pp. 106-112.
3. Амосов, А.П. Применение процессов СВС для получения in-situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными керамическими частицами: обзор / А.П. Амосов, А.Р. Луц, Е.И. Латухин, А.А. Ермошкин / Известия Вузов. Цветная металлургия, 2016. - №1.- С. 39-49
4. Amosov, A.P. Nanostructured aluminum matrix composites of Al-10%TiC obtained in situ by the method of SHS in the melt / A.P. Amosov, A.R. Luts, A.A. Ermoshkin / Key Engineering Materials, 2016. - Vol.684. - pp. 281-286
5. Михеев, Р.С. Дискретно армированные композиционные материалы системы Al-TiC (обзор) [Текст] /Р.С. Михеев, Т.А. Чернышова // Заготовительные производства в машиностроении, 2008.- № 11.- С. 44-53.
6. Никитин, К.В. Современные тенденции получения литых алюминиевых сплавов, армированных и модифицированных наноразмерными неметаллическими частицами/ К.В. Никитин, В.И. Никитин, А.П. Амосов // Металлургия машиностроения.- № 4.2013.- С.36-41.
7. Патент РФ № 2555321. Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава А.П. Амосов, А.Р. Луц, Самборук А.Р., Ермошкин Анд.А., Ермошкин Ант.А., Тимошкин И.Ю. // Опубл. 10.07.2015 г.
8. Луц А.Р., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермошкин А.А. Армирование сплава Al-5%Cu наночастицами карбида титана методом CВC в расплаве // Известия CKU, РАН, 2017. № 1(3). С. 529-536.
9. Ермошкин, А.А.Самораспространяющийся высокотемпературный синтез литых алюмоматричных композиционных материалов, армированных наночастицами карбида титана. Автореф. дис. канд. техн. наук: 01.04.17 / Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. -17 с.
10. Патент РФ № 2 478 131. Термостойкий литейный алюминиевый сплав /Белов Н А., Белов В.Д., Алабин А.Н., Мишуров С.С. // Опубл. 27.03.2013 г.
11. Патент РФ № 2555321. Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава [Текст] /А.П. Амосов, А.Р. Луц, Самборук А.Р., Ермошкин Анд.А., Ермошкин Ант.А., Тимошкин И.Ю. // Опубл. 10.07.2015 г.
12. Тимошкин И. Ю. Разработка комплексных технологий получения мелкокристаллических лигатур для алюминиевых сплавов / Дисс. на соискание уч. степени канд.техн.наук. -Владимир. - 2011. - 188 с.
13. Напалков, В.И. Легирование и модифицирование алюминия и магния /В И. Напалков, СВ. Махов // М.: МИССИС, 2002.- 375 с. ISBN 5-87623-100-2.
14. Попилов Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов./ Справочник, М.: Машиностроение, 1982, 400с.
Luts Alfiya Rasimovna, Cand. Tech. Sci., associate professor (e-mail: alya_luts@mail.ru) Zakamov Dmitry Vasilievich, undergraduate (e-mail: zeus65@mail.ru)
Samara state technical University, Samara, Russia
PREPARATION AND MICROSCOPIC ANALYSIS OF SAMPLES OF ALUMINUM ALLOYS WITH DISPERSED HARDENING WITH TITANIUM CARBIDE
Abstract. The paper presents the results of microscopic analysis of the al-4% Ni alloy and the composite material (CM) Al-10%TiC. Both optical and electron microscopy were used. Mechanical grinding and electrochemical polishing were used to prepare the samples. The applied methods of preparation and structural analysis allowed us to qualitatively study the structural and phase composition of aluminum alloys.
Keywords: aluminum alloys, electrochemical treatment, the microscopic analysis of the matrix phase, a carbide of titanium.
Б01: 10.47581/2020/30.10.2020/8МГГ/32.5.011
ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ СПЛАВА «НИРЕЗИСТ» Маслов Александр Владимирович, доцент, к.т.н., доцент Липецкий государственный технический университет, Россия
В статье рассматриваются причины образования продуктов электролиза на обрабатываемой поверхности и торможения процесса электрохимической обработки сплава «Нирезист».
Ключевые слова: электрохимическая обработка; сплав «Нирезист»; дезинтеграция, удельная скорость электрохимического растворения.
Выбор сплава «Нирезист» для электрохимических исследований обусловлен необходимостью удаления заусенцев с периферийных элементов крыльчатки погружного насоса [1, 2].
Ранее в [3, 4] отмечалось, что в процессе электрохимической обработки сплава «Нирезист» (табл. 1) на обрабатываемой поверхности накапливаются трудно удаляемые образования - пленка продуктов электролиза черного цвета, которая достаточно прочно связана с поверхностью и могла удаляться механическим путем (удаление тканевой салфеткой после извлечения исследуемого электрода). Наблюдаемая под пленкой поверхность характеризуется микронеровностью, связанной с растравливанием металлических компонентов сплава по границам зерен. Растравливание поверхности объясняется различной скоростью растворения компонентов сплава в соответствии со вторым законом Фарадея и их дезинтеграцией.
Таблица 1 - Химический состав сплава «Нирезист»
Компонент сплава Углерод (С) Кремний (Si) Марганец (Мп) Хром (Сг) Никель (Ni) Медь (Cu) Сера (S) Фосфор (Р) Железо (Fe)
% < 3,0 1,0 - 0,5 - 1,5 - 13,5 - 5,5 - <0,12 <0,25 64,83 -
2,8 1,5 2,5 17,5 7,5 74,63
