Растровая электронная микроскопия и микроанализ антифрикционных алюминиевых сплавов АО20-1 и ао10с2 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.2

РАСТРОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ И МИКРОАНАЛИЗ АНТИФРИКЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ АО20-1 И АО10С2

© Р.А. Столяров

Stolyarov R.A. Scanning electronic microscopy and microanalyses of antifriction aluminum alloys A020-1 and A010C2. Surface microstructure and microanalyses of antifrictional aluminum alloys A020-1 and A010C2 used in bearings were studied by scanning electronic microscopy (SEM). The chemical X-ray microanalyses of metallic phases and nonmetallic inclusions were carried.

Алюминиево-оловянные сплавы находят широкое применение в науке и технике [1-3]. Рассматриваемые в работе алюминиевые антифрикционные сплавы A020-1 и A010C2 используются при создании вкладышей подшипников скольжения ОАО «Завод подшипников скольжения».

В экспериментах использовали образцы размером 10x10x3 мм, подготовленные как шлиф. Большинство промышленных алюминиевых сплавов, в т. ч. и рассматриваемые в работе, представляют собой многофазные системы, образовавшиеся вследствие введения в алюминий одного или нескольких легирующих элементов. Химический состав сплавов А020-1 и А010С2 представлен в таблицах 1 и 2 соответственно. Исследование поверхности образцов проводилось на растровом электронном микроскопе Hitachi S-800, рентгеновские спектры и химический анализ металлических фаз и неметаллических включений производили на энергодисперсионном рентгеновском микроанализаторе INCA 350XT Oxford Instruments.

Антифрикционные сплавы имеют сложный состав вследствие наличия примесей и большого количества добавок, вводимых для обеспечения коррозионной и износостойкости. На рисунках 1 и 2 представлена микроструктура поверхности антифрикционных сплавов АО20-1 и АО10С2 соответственно.

РЭМ не выявила неметаллических фаз включений на поверхности сплава А020-1 (рис. 1), в отличие от АО10С2, где в большом количестве присутствуют неметаллические включения кремния (рис. 2), имеющие кубическую форму или форму параллелепипедов. Добавки, такие как Cu, Pb, Fe, растворены в олове или же скапливаются возле неметаллических включений. На энергодисперсионном рентгеновском микроанализаторе INCA 350XT Oxford Instruments получены рентгеновские спектры и проведен химический анализ алюминиевой матрицы и включений.

Олово практически не растворено в алюминиевой матрице, чистота которой составляет ~ 99,5 %. Не менее «чистым» является присутствующий в образцах в большом количестве Si, чистота которого достигает

99%. Наличие хрома, практически во всех образцах, обусловлено их предварительной шлифовкой.

Таким образом, проведенные исследования особенностей микроструктуры поверхности алюминиевых антифрикционных сплавов АО20-1 и АО10С2 будут способствовать более глубокому пониманию природы трибологических процессов и свойств, а также выработке путей и методов их улучшения путем создания наноструктурных приповерхностных слоев.

Таблица 1

Сплав А020-1 (AlSn20Cu), химический состав (ГОСТ 14113-78)

Основные компоненты, % Примеси, не более, % Твер- дость сплава HB

Sn Cu Ti Al Fe Si Zn каждый в отдельности сум- ма 28-35

17,0- 23,0 0,7- 1,2 0,02- 0,2 ос- таль- ное 0,5 0,5 0,25 0,05 0,1

Таблица 2

Сплав АО10С2, химический состав (ТУ 1712-117-01124328-2001)

Основные компоненты, % Примеси, не более, % Твер- дость сплава HB

Sn Pb Si Cu Zn Ti Al Fe Sb

9,0- 12,0 1,5- 3,5 0,7- 1,5 0,7- 1,2 0,2- 0,5 0,01- 0,2 ос- таль- ное 0,5 0,1 30-38

50 um

б) Spectrum 1

Al,% Cr,% Sn,% Tofal,%

2.15 3.37 94.48 100.00

Е' Ai s;.

0 2 4 6 rull Scale 1738 cts Cursor: 0.040 (4941 cts) 8 10 12 14 16 18 20 keV

в) ' Spectrum 2

AI, % Cr,% Sn,% Total, %

96.61 0.93 2.46 100.00

Cr , Sn

0 2 4 6 rull Scale 6329 cts Cursor: 0.040 (4751 cts) 8 10 12 14 16 18 20 keV

Рис. 1. а) Снимок поверхности сплава АО20-1, полученный в РЭМ; б), в) рентгеновские спектры алюминиевой и оловянной фаз (на вставках приведен их химический анализ)

ЛИТЕРАТУРА

1. Хэтч Дж.Е. Алюминий: свойства и физическое металловедение. М.: Металлургия, 1989. 422 с.

2. Ежов А.А., Герасимова Л.П. Разрушение металлов. М.: Наука, 2004. 400 с.

3. Потекаев А.И. Структура и свойства перспективных металлических материалов. Томск: НЛТ, 2007. 580 с.

в) Spectrum 1

AI, % Si,% Total, %

1.04 98.96 100.00

A

0 2 4 6 8 10 =ull Scale 12512 cts Cursor: 0.000 12 4 16 18 20 keV

r) ' Spectrum 2

Al,% Cr,% Total,%

99.17 0.83 100.00

CU l Cr

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

rull Scale 12749 cts Cursor: 0.000_________________________________________________________________________________________________________________________________keV

Al,% Cr,% Sn,% Total,%

5.73 1.46 92.82 100.00

Сг Сг

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

______________________________________кеу

Рис. 2. а), б) Снимок поверхности сплава АО10С2, полученный в РЭМ; в), г), д) рентгеновские спектры алюминиевой, оловянной фаз и неметаллических кремниевых включений (на вставках приведен их химический анализ)

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. А. М. Арсенкину, Государственный технический университет «Московский институт стали и сплавов», за поддержку и стажировку при проведении экспериментов на РЭМ.

2.Работа выполнялась при частичной поддержке РФФИ, грант №06-02-96316.

Поступила в редакцию 20 декабря 2007 г.