CC BY
0
on the process, electrodes, granules and products of alloy erosion, which affects all stages of the electrodispersion process.
Key words: AD0Е grade aluminum waste, electroerosive dispersion, water, powder, spark plasma sintering, X-ray spectral microanalysis.
УДК 666.79
ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТА ПУТЕМ САМОПРОИЗВОЛЬНОЙ ИНФИЛЬТРАЦИИ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ В ПОРИСТЫЙ ГОРЯЧИЙ КАРКАС ИЗ КАРБИДА ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫЙ
МЕТОДОМ СВС Созданин Александр Васильевич, магистрант (e-mail: aleksandor.sozdanin@mail.ru) Латухин Евгений Иванович, к.т.н., доцент (e-mail: evgelat@yandex.ru) Давыдов Денис Михайлович, аспирант (e-mail: davidovd77@mail.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
В статье рассмотрены особенности явления самопроизвольной инфильтрации расплава алюминия в пористый керамический каркас из карбида титана, формирующийся в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Предложена новая схема инфильтрации для получения образцов больших размеров с равномерными свойствами по всей длине образца.
Ключевые слова: инфильтрация, микроструктура, твердость.
Из большого количества керамических соединений особый интерес отводится карбиду титана (TiC), что связано с его высокими показателями твердости, плотности, модуля упругости, температуры плавления [1, 2]. О перспективности применения карбида титана в качестве армирующей фазы свидетельствует значительное количество опубликованных исследований по его применению в составе алюмоматричных композитов [3-5]. Для изготовления алюмоматричных композитов применяются твердофазные методы с исходным матричным алюминием в виде порошка и жидкофазные методы с исходным матричным алюминием в виде расплава. Жидкофазные методы получения КМ по способу совмещения армирующей фазы с матрицей подразделяют на три основных вида: ex-situ или экзогенное армирование; in-situ или эндогенное армирование; комбинированные способы, сочетающие в себе элементы первых двух направлений [6].
Основным препятствием получения алюмоматричных композитов на основе TiC является плохое смачивание зёрен карбида титана расплавом алюминия при температурах ниже 13000С. Поэтому перспективно совмещение процессов инфильтрации расплава и получения горячего каркаса в
процессе СВС. В работе [7] показано, что такая технология обеспечивает получение композитов. с разной структурой и свойствами по всей длине. Недостаток использованной схемы получения заключался в нагреве расплава алюминия по ходу инфильтрации до его кипения, что приводило к неравномерному фазовому составу и свойствам по длине образца.
Цель настоящей работы - снижение неоднородности свойств образцов при проведении самопроизвольной инфильтрации расплава алюминия в горячий пористый СВС-каркас Т1С...
Для достижения цели предложена новая схема инфильтрации расплава -взаимно перпендикулярные направления пропитки и распространения горения шихты (рисунок 1). В данном случае процесс пропитки расплавом алюминия протекает постепенно и равномерно по всей площади образца, что дает возможность получения изотропных свойств (структуры и механических свойств) получаемого композита.
Рисунок 1 - Схема получения композита ТЮ/А1 методом СВС с равномерной пропиткой: 1 - запальная смесь, 2 - спираль накаливания, 3 - расплав А1, 4 - фронт инфильтрации расплавом, 5 - фронт горения, 6 - цилиндрическая шихтовая заготовка смеси Т + С, 7 - песчаная засыпка, 8 - образец
1, 9 - образец 2.
В данной работе для реализации реакции СВС карбида титана: Т1+С=ТЮ использовались исходные порошки титана марки ТПП-7 (~300 мкм, чистота 97,9 %), углерода в виде графита марки С-2 (~15 мкм, чистота 98,5 %) и алюминиевый сплав. Расплав алюминия при Т = 900 °С получали в электропечи "ОгайсагЬо" Предварительно просушенные порошки титана и графита смешивались в шаровой мельнице в течение 15 минут. Исходную смесь порошков массой 110 г. получали засыпкой в цилиндрическую бумажную форму диаметром 20 мм. От контакта с расплавом реакция в смеси порошков не инициировалась. Горение инициировали с помощью электрической спирали накаливания из нихрома и запальной смеси. Синтез проводили на воздухе в засыпке из речного песка, который позволяет выходить газам во время СВС, а также способствует сохранению начальной геометрической формы образца. Исследование микроструктуры осуществляли на сканирующих электронных микроскопах (СЭМ) ТеБсаи
Vega 3 с приставкой локального микрорентгеноспект-рального анализа Oxford Instruments X-act и «Jeol JSM-6390A» с приставкой для EDS микроанализа.
После окончания реакции СВС и охлаждения, полученный композит был извлечен из песка. Осмотр композита показал отсутствие трещин на его поверхности. Первый образец был вырезан в 30 мм от запала, второй в 150 мм от запала, расстояние между образцами составляет 100 мм. Микроструктура образцов 1 и 2 представлена на рисунках 2 и 3 соответственно.Установлено, что структура обоих образцов идентична - зерна разделены прослойками металла, что свидетельствует о получении дисперсноу-прочненого композита. Из рисунка 2 и рисунка 3 видно, что области алюминия могут представлять собой как сравнительно крупные скопления металла размерами порядка 500-1000 мкм, так и небольшие отдельные участки с размерами 10-50 мкм. Важно отметить, что незаполненных металлом пор не наблюдается. Это свидетельствует о высокой самопроизвольной проникающей способности расплава алюминия в горячие продукты реакции.
Рисунок 2 - Микроструктура кермета TiC/Al. Образец 1.
Рисунок 3 - Микроструктура кермета TiC/Al. Образец 2.
Для идентификации побочных фаз был проведен энергодисперсионный микрорентгеноспектральный анализ двух брикетов композита ТЮ-А1 (рисунок 4). По данным анализа установлено, что два образца после проведения реакции имеют схожий химический состав, а именно характеризуются содержанием идентичных примесей ТЮ , Т1А13 и чистый А1.
С целью комплексной оценки полученных свойств, проведен анализ механических свойств - замер твердости полученных образцов по ГОСТ 9012-59 (диаметр шарика - 5 мм, нагрузка - 250кгс). Диаметр отпечатка при замере твердости варьировался от 2,18 - 2,24 мм. По данным ГОСТ 901259 твердость составляет 745-780 ед. НВ и идентична у обоих образцов.
Можно сделать вывод, что приведенная в данной работе новая схема метода СВС с равномерной пропиткой, способна обеспечить равномерную структуру и свойства композита по всей длине образца.
SOpn 1 1 50ЦЛ1
Спектры
1 2 3 4 5 6
Al, ат.% 63,19 3,30 95,82 0,51 76,24 95,49
Ti, ат.% 35,44 80,35 0,48 79,61 0,56 0,79
C, ат.% 1,37 16,35 3,70 19,87 23,20 3,72
Предполагаемое соединение TiAl3 TiC Al TiC Al4C3 Al
Рисунок 4 - Микроструктура и химический состав отдельных участков композита TiC/Al (равномерная пропитка)
Список литературы
1. Gupta, N. The solidification processing of metal-matrix composites: The Rohatgi Symposium / N.Gupta, K.G. Satyanarayana // Journal of Material Science, 2006. - Vol. 4. - No. 11. - р. 91-93.
2. Гарбузова, А.К. Анализ современного состояния производства и применения карбида титана / А.К. Гарбузова, Г.В. Галевский, В.В. Руднева, Л.С. Ширяева // Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 2014. - №1 (7). - с. 34 -38.
3. Processes for in situ Preparation of Alumomatrix Composite Materials Discretely Reinforced by Nanodimensional Titanium Carbide Particles (Review) // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2016. Vol. 57. No. 2. - pp. 106-112.
4. Kennedy A.R., Wyatt S.M. Characterizing particle-matrix interfacial bonding in particulate Al-TiC MMCs produced by different methods // Composites. Part A. 2001. Vol. 32. № 34. P. 555-559
5. Song I.H., Kim D.K., Hahn Y.D., Kim H.D. Synthesis of in-situ TiC-Al composite by dipping exothermic reaction process. Metals and Mater. Int. 2004. Vol. 10. No 3. P. 301-306.
6. Jiang, W.H. Synthesis of TiC/Al composites in liquid aluminum / W.H. Jiang, G.H. Song, XL. Han, C.L. He, H.C. Ru // Materials Letters, 1997.- Vol.32. - р.63-65.
7. Латухин, Л. И. Формирование структуры и состава кермета TiC/Al при самопроизвольной инфильтрации расплава алюминия в пористый горячий каркас карбида титана, полученный методом СВС // Л.И. Латухин, Е.А. Амосов, Умеров Э.Р., Давыдов Д.М. / Наукоёмкие технологии в машиностроении. - 2022. - №4 (130). - С. 3-12.
Latukhin Evgeniy Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Sozdanin Alexander Vasilievich, master student Davydov Denis Mikhailovich, post-graduate student Samara State Technical University, Samara, Russia
OBTAINING A TiC/Al COMPOSITE WITH UNIFORM PROPERTIES BY SPONTANEOUS INFILTRATION OF ALUMINUM MELT INTO A POROUS HOT TITANIUM CARBIDE FRAMEWORK PRODUCED BY THE SHS METHOD
This article discusses the features of the phenomenon of spontaneous infiltration of an aluminum melt into a porous TiC ceramic framework formed in the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS). An improved infiltration technique has been proposed to obtain large-sized samples with uniform properties along the entire length of the sample. Key words: infiltration, microstructure, hardness.
