CC BY
1
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Влияние армирующих частиц B4C, SiC и AI2O3 на физико-механические и трибологические свойства алюмоматричных композитов / С.В. Гладковский, Т.С. Черкасова, Р.А. Саврай, С.В. Петрова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. - 2024. - Т. 26, № 2. -С. 48-56. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.2.06
Please cite this article in English as (Perm Polytech Style):
Gladkovsky S.V., Cherkasova T.S., Savray R.A., Petrova S.V. Influence of B4C, SiC and AI2O3 reinforcing particles on physico-mechanical and tribological properties of aluminum matrix composites. Bulletin ofPNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2024, vol. 26, no. 2, pp. 48-56. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.2.06
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 26, № 2, 2024 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2024.2.06 УДК 669.71:621.762:620.17
С.В. Гладковский, Т.С. Черкасова, Р.А. Саврай, С.В. Петрова
Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова Уральского отделения Российской академии наук,
Екатеринбург, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ АРМИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ B4C, SIC И AL2O3 НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ
Изучена микроструктура, физико-механические свойства, абразивная износостойкость и топография поверхности износа скомпак-тированного горячим прессованием порошка алюминия и полученных аналогичным образом алюмоматричных композитов с добавками армирующих карбидных и оксидных порошковых частиц различной дисперсности. Показано, что минимальная открытая пористость (1,1 %) достигается в композите AI - 12,5 % В4С -12,5 % SiC, а максимальная (8,8 %) в композите AI -25 % AI2O3 (тип 2) с крупной фракцией упрочнителя. Выявлены различия в кривых сжатия при комнатной температуре испытания, значениях условного предела текучести при
сжатии (СТ02) и микротвердости (HV0,05) изученных алюмоматричных композитов и скомпактированного порошка алюминия. Установлено,
что наибольшее значение СТ02 = 186 МПа достигается на образцах композита AI -25 % AI2O3 (тип 1) с мелкодисперсным упрочнителем.
Проведенные на воздухе трибологические испытания по схеме «палец - пластина» показали, что наибольшей абразивной износостойкостью обладают алюмоматричные композиты с крупными (25 % SiC) и разноразмерными (12,5 % В4С -12,5 % SiC) частицами упрочнителя. В то же время добавка в алюминиевую матрицу мелкодисперсной фракции порошка B4C (25 %) в наибольшей степени снижает сопротивление материала абразивному износу. Методом оптической профилометрии на поверхности образцов после трибологических испытаний выявлено наличие как абразивного, так и адгезионнного механизмов изнашивания. Изучение топографии поверхности износа показало, что композитам с наименьшей интенсивностью изнашивания соответствуют минимальные значения показателей шероховатости поверхности Ra и Rt.
Ключевые слова: алюмоматричные композиты, упрочняющие частицы, горячее прессование, плотность, микроструктура, микротвердость, кривые деформирования, абразивное изнашивание, оптическая профилометрия, топография поверхности износа.
S.V. Gladkovsky, T.S. Cherkasova, R.A. Savray, S.V. Petrova
Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russian Federation
INFLUENCE OF B4C, SIC AND AL2O3 REINFORCING PARTICLES ON PHYSICO-MECHANICAL AND TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF ALUMINUM MATRIX COMPOSITES
The microstructure, physical and mechanical properties, abrasive wear resistance and wear surface topography of hot-pressed aluminum powder and similarly obtained alumina matrix composites with additives of reinforcing carbide and oxide powder particles of different dispersity have been studied. It is shown that the minimum apparent porosity (1.1 %) is achieved in the composite Al -12.5 % B4C -12.5 % SiC, and the maximum (8.8 %) in the composite Al - 25 % AbO3 (type 2) with a coarse hardener fraction. Differences in compression curves at room temperature, values
of conditional yield strength in compression (CT02) and microhardness (HV0,05) of the studied aluminomatrix composites and compacted aluminum
powder have been revealed. It was found that the highest value of CT02 = 186 MPa is achieved on the samples of composite Al -25 % AbO3 (type 1)
with finely dispersed hardener. The tribological tests carried out in air on the scheme "finger-plate" showed that aluminomatrix composites with large (25 % SiC) and multi-sized (12.5 % B4C -12.5 % SiC) particles of hardener possessed the greatest abrasive wear resistance. At the same time, the addition of a fine fraction of B4C powder (25 %) to the aluminum matrix reduces the material resistance to abrasive wear to the greatest extent. The method of optical profilometry of samples surface after tribological tests revealed the presence of both abrasive and adhesive wear mechanisms. The study of wear surface topography showed that the composites with the lowest wear intensity correspond to the minimum values of surface roughness indices Ra and Rt.
Keywords: aluminum matrix composites, strengthening particles, hot pressing, density, microstructure, microhardness, deformation curves, abrasive wear, optical profilometry, wear surface topography.
Введение
В настоящее время алюмоматричные композиты (АМК) на основе скомпактированных порошков алюминия и дисперсных упрочняющих частиц находят широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов для изготовления деталей тормозных систем, двигателей внутреннего сгорания, элементов транспортных и авиакосмических конструкций [1-3]. В качестве армирующих наполнителей используются дисперсные карбидные (В4С, БЮ), оксидные (АЬОз, 2гО2), нитридные (ВМ, АШ) и боридные (ТШ2,
2гВ2) частицы [4; 5]. К преимуществам АМК с различным типом наполнителей можно отнести повышенный модуль упругости, высокую удельную прочность, сопротивление хрупкому разрушению, износостойкость, теплопроводность при низком коэффициенте термического расширения, химическую инертность, а также радиационную и противо-баллистическую защищенность [6; 7]
Способы получения АМК в зависимости от агрегатного состояния на границе соединения составляющих композита делятся на твердофазные (методы порошковой металлургии), жидко-твердофазные (метод инфильтрации расплава через каркас, механическое замешивание частиц наполнителей в матричные расплавы, искровое плазменное спекание) и жидкофазные (литейные методы) [8; 9]. В последнее время активно изучают метод интенсивной пластической деформации - накопительная пакетная прокатка (АЯВ-процесс) для получения листового композиционного материала с субмикро-и нанокристаллической структурой слоев [10; 11].
Методы порошковой металлургии отличаются от других способов получения композитов тем, что при их использовании формируется прочная адгезионная связь между порошками металлической матрицы и упрочнителем, обеспечивается высокая плотность композита и его деформационное упрочнение под действием приложенного внешнего давления, а также данная технология является нетрудоёмкой и не требует разработки сложной оснастки специализированного оборудования [12]. К наиболее востребованным методам порошковой металлургии относятся горячее прессование [13] и прокатка порошковых смесей [14].
В некоторых работах [15-17] установлено, что на микроструктуру и физические свойства АМК влияют не только тип, размер и доля армирующих частиц, но и состав матрицы. Одним из важных требований к таким композитам является повышенное сопротивление различным видам износа, в том числе абразивному износу [18]. В условиях абразивного изнашивания трибологические свойства композитов определяются не только составом и структурой материала, но и величиной действующей нагрузки и скорости изнашивания [19]. На механизм и скорость изнашивания оказывают влияние размер и твердость абразивных частиц [20], а также вязкость разрушения матрицы. При превышении критического размера абразивных частиц скорость изнашивания становится независимой от их размера и определяется различием в твердости матрицы и дисперсоида [21]. Вместе с тем влияние типа и объемной доли упрочняющих частиц на износостойкость АМК изучено недостаточно. Отмечается только, что в соответствии с критерием Аксена
и Джекобсона [22] удельное сопротивление абразивному износу АМК представляет собой суммарное удельное сопротивление изнашиванию матрицы и наполнителя с учетом его объемной доли в композите.
На основании вышеизложенного целью данного исследования являлось изучение влияния размера и объемной доли частиц В4С, 8Ю и А120з на физико-механические и трибологические свойства, а также на топографию поверхности износа ском-пактированного горячим прессованием порошка алюминия и композитов на его основе.
Материалы и методы
Исходными материалами для получения ском-пактированных образцов были порошки алюминия марки ПА-4 с размером частиц 25-130 мкм, порошки карбида бора с размером частиц 5-13 мкм и карбида кремния с размером частиц 90-150 мкм. Кроме того, в работе использовались порошки А1203 двух типов: белый порошок (спеченный корунд) с размером частиц 4-8 мкм, полученный из тонкодисперсных порошков технического глинозёма (тип 1) и серый порошок (плавленый корунд), с размером частиц 80-250 мкм, полученный в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (тип 2). Компьютерный расчет размерных параметров изображений исходных порошков, предварительно полученных на сканирующем электронном микроскопе, проводился по методике [23] на выбранных из общего массива репрезентативных порошковых частицах карбида бора, карбида кремния и оксида алюминия (тип 1 и 2). Получение исследуемых образцов диаметром ~ 36-38 мм и высотой 9-10 мм из порошка алюминия и алюмо-матричных композитов с добавками упрочняющих частиц с весовой долей 12,5 и 25 % проводилось методом горячего прессования на прессе высокого давления с усилием 90 тс в ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН при температурах 500 и 560 °С при давлении в контейнере Р = 304-480 МПа.
Определение показателей открытой пористости (Потк) и кажущейся плотности (рк) порошковых материалов проводилось в соответствии с ГОСТ 2409-2014. Металлографические исследования полученных композитов осуществлялись на оптическом микроскопе КБ0РИ0Т-21 на нетравленых шлифах при увеличении х200. Микротвердость композитов определяли по ГОСТ 9450-76 на приборе 8Ышаа7и ИМУ-в2ШТ при нагрузке 490,3 мН (0,05 кгс). Испытания АМК на сжатие проводилось на образцах размером 10*10x10 мм на испытательной машине Shimadzu Ав-50кМХБ при комнатной температуре по ГОСТ 25.503-97.
Испытания на абразивную износостойкость проводили на лабораторной трибологической установке по схеме «палец - пластина» на воздухе путем возвратно-поступательного скольжения поверхности образцов по закрепленному электрокорунду зернистостью 160 мкм (шлифовальная шкурка марки 14А 16-Н по ГОСТ 6452-82) при нормальной нагрузке 29,4 Н (3 кгс), средней скорости скольжения 0,18 м/с, длине рабочего хода 100 мм и поперечным смещением 0,5 мм после каждого двойного хода образца. Общий путь трения 8 при этом составил 10 м. Использовали призматические образцы с размерами 8*8*10 мм, площадь испытываемой поверхности образцов составила 64 мм2. Взвешивание образцов до и после испытаний с целью определения потери массы Дш проводили на лабораторных весах с точностью 0,00005 г. Интенсивность абразивного изнашивания рассчитывали по формуле (1):
I., =
Ьш Р-s'
(1)
где Л - объемная интенсивность изнашивания, мм3/м; Дт - потери массы образца, г; р - плотность материала образца, г/мм3; 5 - общий путь трения, м.
Для изучения топографии поверхности износа использовался оптический профилометр Wyko МТ1100, позволяющий определить показатели шероховатости поверхности [24]:
Ша - среднее арифметическое отклонение оцениваемого профиля, характеризующее среднюю амплитуду профиля шероховатости;
Ш - полная высота профиля, определяемая как сумма наибольшей высоты выступа и наибольшей глубины впадины профиля.
Результаты и их обсуждение
На представленных изображениях микроструктур исследуемых композиционных материалов (рис. 1) видно, что мелкодисперсные частицы В4С (рис. 1, а, в) и А12О3, тип 1 (рис. 1, г), локализуются в виде сетки по границам зерен алюминиевой матрицы. Более крупные острые частицы 8Ю (рис. 1, б, в) и А1203, тип 2 (рис. 1, д), многоугольной формы распределены в матрице достаточно равномерно.
По данным измерения плотности алюмомат-ричных композитов, приведенных в табл. 1, определено, что минимальная плотность (рк = 2,38 г/см3) зафиксирована на композите А1 -25 % В4С. Остальные образцы имеют близкие значения плотности (Рк = 2,50...2,57 г/см3).
Рис. 1. Микроструктура образцов алюмоматричных композитов (увеличение х200): Al -25 % В4С (а), Al -25 % SiC (б), Al -12,5 % В4С -12,5 % SiC (в), Al -25 % AI2O3 (тип 1) (г) и Al -25 % AI2O3 (тип 2) (д)
Таблица 1
Физико-механические характеристики изученных материалов
Состав материала Рк, г/см3 Потк, % о0,2, МПа
Al 2,56 1,5 66
Al -25 % В4С 2,38 3,4 92
Al -25 % SiC 2,55 3,7 80
Al -12,5 % В4С -12,5 % SiC 2,54 1,1 147
Al -25 % AhO3 (тип 1) 2,57 4,7 186
Al -25 % AhO3 (тип 2) 2,50 8,8 93
Результаты измерения открытой пористости (Потк) показали, что минимальное значение Потк = 1,1 % достигается на алюмоматричном композите Al -12,5 % В4С -12,5 % SiC, а максимальное значение соответствует композиту Al -25 % Al2O3 (тип 2) с крупными частицами оксида алюминия.
Данные табл. 1 свидетельствуют, что наибольшие значения условного предела текучести
(о0 2 = 186 МПа) наблюдаются в композите Al -25 %
Al2O3 с мелкодисперсной фракцией оксидных частиц
(4-8 мкм) (тип 1), а наименьшие (Сс0 2 = 66 МПа) - на
скомпактированном Al. Важно отметить, что добавки 12,5 % порошков В4С и SiC (суммарное содержание 25 вес.%) обеспечивают почти в 2 раза более высокие значения сс0 2, по сравнению с алюмо-
матричными композитами, содержащими только добавки порошков В4С и Б1С по 25 вес.% в отдельности. Такое влияние состава порошковых смесей
— С Ч
на значение о0 2, по всей видимости, связано с интенсивным измельчением зеренной структуры алюминиевой матрицы при введении разноразмерных армирующих частиц В4С и БЮ [25].
Как видно из рис. 2, а, наименьшие напряжения пластического течения на участке деформирования сжатием 30... 50 % характерны для образца скомпактированного порошка А1. Кривые сжатия композитов А1 -25 % В4С, А1 -25 % БЮ, А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ, А1 -25 % АЪОз (тип 1) и А1 -25 % АЪОз (тип 2) в интервале деформаций 30.50 % имеют несущественное различие, однако при обжатиях со степенями 0.15 % преимущественно
высокие напряжения течения характерны для композита состава А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ, а низкие значения зафиксированы на композите А1 -25 % АЪОз (тип 1).
микротвердрсти достигался в композитах А1 -25 % В4С, А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ и А1 -25 % А12О3, тип 2 (57,61 и 56 НУ 0,05 соответственно). При этом наибольший прирост микротвердости после сжатия (АНУ/НУ=39-44 %) наблюдался на композитах А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ и А1 -25 % АЪОз (тип 2), а наименьший прирост (АНУ/НУ=18 %) был получен на композите А1 -25 % БЮ. Это связано с тем, что крупнодисперсные частицы БЮ вносят меньший вклад в развитие процессов деформационного упрочнения, протекающих в матричном сплаве [26]. По приведенным в табл. 2 результатам трибологических испытаний можно заключить, что наиболее высокой интенсивностью изнашивания обладает композит А1 -25 % В4С (1и = 4,67 мм3/м), что связано с характером распределения более дисперсных, по сравнению с порошками А1, частиц В4С в виде сетки агломератов по границам зерен алюминиевой матрицы.
Таблица 2
Интенсивность изнашивания (/в) и параметры шероховатости поверхности износа (Ша и Ш) исследуемых порошковых материалов
Состав материала lu, мм3/м Ra, мкм Rt, мкм
А1 2,66 1,26 11,61
А1 -25 % В4С 4,67 2,03 16,91
А1 -25 % БЮ 0,74 0,30 2,73
А1 -12,5 % В4С - 12,5% БЮ 0,73 0,25 2,87
А1 -25 % А12О3 (тип 1) 3,83 1,52 12,84
А1 -25 % А12О3 (тип 2) 1,75 0,89 7,52
б
Рис. 2. Кривые сжатия (а) и микротвердость (б) исследуемых порошковых материалов
Согласно представленным на рис. 2, б, результатам измерения, в исходном недеформированном состоянии минимальной микротвердостью обладал образец из порошка А1 (34 НУ 0,05), а максимальные значения микротвердости были зафиксированы на образцах АМК с добавками 25 % В4С (45 НУ 0,05), 12,5 % В4С -12,5 % БЮ (44 НУ 0,05) и 25 % А12О3, тип 1 (44 НУ 0,05).
Сравнительно невысокие значения твердости полученных композитов, по сравнению с образцом скомпактированного алюминиевого порошка (рис. 2, б), даже при введении твердых частиц В4С, БЮ и А12О3 можно объяснить тем, что в процессе измерений твердые частицы могут внедряться в матрицу, вызывая снижение полученных значений твердости.
После деформирования порошковых материалов одноосным сжатием со степенью 60 % при комнатной температуре наиболее высокий уровень
Наименьшие значения интенсивности изнашивания наблюдались на композитах А1 -25 % БЮ (1и = 0,74 мм3/м) и А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ (/в = 0,73 мм3/м). Основываясь на результатах работы [27], в которой выявлено эффективное влияние разноразмерных упрочняющих частиц на абразивную интенсивности изнашивания АМК, можно объяснить полученное низкое значение интенсивности изнашивания композита А1 -12,5 % В4С -12,5 % БЮ с дисперсными частицами В4С и крупной фракции частиц БЮ. Следует отметить, что крупные частицы порошка А12О3 (тип 2) размером 80-250 мкм способствовали снижению интенсивности изнашивания до уровня = 1,75 мм3/м, по сравнению с образцами из скомпактированного порошка алюминия (1П = 2,66 мм3/м), но их влияние проявлялось в значительно меньшей степени, чем частиц БЮ размером 90-150 мкм. Это позволяет сделать вывод, что добавка крупных частиц БЮ обеспечивает высокую абразивную износостойкость композитов с алюминиевой матрицей, но если частицы порошкового упрочнителя превышают размер абразива (электрокорунд зернистостью 160 мкм), то это ухудшает
а
интенсивность изнашивания. Согласно данным табл. 2, скомпактированный порошок чистого А1 занимает промежуточное положение в ряду исследуемых порошковых материалов по величине интенсивности изнашивания (/в = 2,66 мм3/м), уступая композитам А1 -25 % В4С (/в = 4,67 мм3/м) и А1/25% А1203, тип 1 (/в = 3,83 мм3/м), хотя добавки керамических частиц в алюминиевую матрицу предполагают повышение износостойкости. Полученные результаты указывают, что характер распределения упрочняющих частиц и адгезионная связь между матрицей и включением являются более значимыми факторами, оказывающими влияние на трибологи-ческие свойства алюмоматричного композита, чем дисперсность частиц наполнителя.
Изучение топографии поверхности износа методом оптической профилометрии (рис. 3, а-е) выявило наличие направленной шероховатости с канавками износа, что указывает на реализацию механизма абразивного износа по типу микрорезания. Наряду с этим на поверхности изнашивания наблюдаются также ямки отрыва, свидетельствующие о наличии адгезионного механизма износа. Износ по адгезионному механизму вызван налипанием вязкой алюминиевой матрицы на частицы абразива, что приводит к схватыванию и отрыву участков матрицы в процессе изнашивания.
На поверхности износа (рис. 3, в, г) композитов А1 -25 % БЮ и А1 - 12,5 % В4С - 12,5 % БЮ с минимальной интенсивностью изнашивания на участках размером —43*56 мкм четко просматриваются дорожки трения с минимальным перепадом высот, что, согласно данным, приведенным в табл. 2, подтверждается пониженными значениями среднеарифметического отклонения профиля (Ша = 0,3 и 0,25 мкм) и полной высоты профиля (Ш = 2,87 и 2,73 мкм) соответственно. Максимальными значениями показателей шероховатости поверхности Ша = 2,03 мкм и Ш = 16,91 мкм обладает композит А1-25 % В4С с наиболее высокой интенсивностью абразивного изнашивания.
Заключение
1. Полученные методом горячего прессования АМК на основе порошковых смесей алюминия ПА-4 с добавками В4С, Б1С и А1203 двух типов имеют достаточно высокую плотность (рк=2,38-2,57 г/см3), соизмеримую с показателями скомпактированного алюминиевого порошка (рк = 2,56 г/см3). При этом наименьшая открытая пористость (Потк = 1,1 %) достигается на композите А1-12,5 % В4С-12,5 % Б1С, а наибольшие значения этого показателя соответствует композиту А1-25 % А1203 (тип 2).
д
Рис. 3 Топография поверхностей износа А1 (а), А1 -25 % В4С (б), А1 -25 % БЮ (в), А1 -12,5 % В4С -12,5 % Б1С (г),
А1 -25 % А12О3, тип 1 - (д) и А1 -25 % А12О3, тип 2 (е)
б
а
в
г
е
2. Показано, что наибольшие значения условного предела текучести при испытаниях на сжатие
(о0 2) достигаются на АМК комплексного состава Al -12,5 % B4C -12,5 % SiC (о0,2 = 147 МПа) и на
композите Al -25 % A^Os, тип 1 (о0,2 = 186 МПа).
При этом условный предел текучести при сжатии у всех изученных АМК в 1,5-3 раза выше у ском-пактированного алюминиевого порошка.
3. Добавка 12,5 % B4C и 12,5 % SiC с разным размером частиц в алюминиевую матрицу обеспечила композиту не только наилучшую микротвердость в исходном состоянии и после деформирования одноосным сжатием (44 и 61 HV0,05 соответственно), но и наибольший прирост микротвердости после сжатия (AHV/HV = 39 %), по сравнению с другими композитами.
4. Установлено, что минимальная интенсивность абразивного изнашивания достигается на композитах Al -25 % SiC (Iv = 0,74 мм3/м) и Al -12,5 % B4C -12,5 % SiC (Iu = 0,73 мм3/м). Наибольшая интенсивность изнашивания наблюдалась у композита Al-25 % B4C (Iv = 4,67 мм3/м), что вызвано локализацией частиц B^ по границам зерен в алюминиевой матрице и повышенной пористостью материала (Потк = 3,4 %).
5. С применением метода оптической профи-лометрии установлено, что процесс изнашивания скомпактированного порошка алюминия и АМК на его основе реализуется как по механизму абразивного, так и адгезионного износа. Показано, что наименьшая интенсивность изнашивания (IB) соответствует минимальным значениям показателей шероховатости поверхности Ra и Rt.
Библиографический список
1. Tribological characterization of hybrid metal matrix composites processed by powder metallurgy / M. Megahed, M.A. Ania, M. Abdellhameed, A.G. El-Shafei // Acta Metall. Sin. - Engl. Lett. - 2017. - Vol. 30, no. 8. - P. 781-790. DOI: 10.1007/s40195-017-0568-5
2. Mahesh Kumar, V. Effect of ceramic reinforcement on mechanical properties of aluminum matrix composites produced by stir casting process / V. Mahesh Kumar, C.V. Venkatesha // Materials Today: Proceedings. - 2018. -Vol. 5. - P. 2466-2473. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.11.027
3. Adib, M.H. Study of mechanical properties and wear behavior of hybrid Al/(AkO3+SiC) nanocomposites fabricated by powder technology / M.H. Adib, R. Abedinza-deh // Materials Chemistry and Physics. - 2023. - Vol. 305. -P. 1-9. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2023.127922
4. Microstructures and tensile properties of hot-extruded Al matrix composites containing different amounts of Mg2Si / M. Emamy, S.V. Yeganeh, A. Razaghian, K. Tavi-ghi // Materials Science and Engineering: A. - 2013. -Vol. 586. - P. 190-196. DOI: 10.1016/j.msea.2013.08.026
5. Pugacheva, N.B. The structure and properties of the 30Al-70SiC metal matrix composite material / N.B. Pugacheva, N.S. Michurov, T.M. Bykova // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2015. - Vol. 6. -P. 6-18. DOI: 10.17804/2410-9908.2015.6.006-018
6. Fabrication and Characterization of Hybrid Aluminium (Al6061 ) Metal Matrix Composite Reinforced with SiC, B4C and MoS2 via Stir Casting / A.A. Emiru, D.K. Sinha, A. Kumar, A. Yadav // International Journal of Metal-casting. - 2022. - Vol. 17, no. 2. - P. 801-812. DOI: 10.1007/s40962-022-00800-1
7. Mechanical and microstructural characterization of friction stir welded SiC and B4C reinforced aluminium alloy AA6061 metal matrix composites / K.S.A. Ali, V. Mohanavel, S.A. Vendan, M. Ravichandran, A. Yadav, M. Gucwa, J. Winczek // Materials (Basel). - 2021. - Vol. 14, no. 11. -P. 1-16. DOI: 10.3390/ma14113110
8. Mechanical properties and microstructure of A356 alloy reinforced AlN/MWCNT/graphite/Al composites fabricated by stir casting / K. Logesh, P. Hariharasakthisudhan, A. Arul Marcel Moshi, B. Surya Rajan, K. Sathickbasha // Materials Research Express. - 2020. - Vol. 7. - P. 1-14. DOI: 10.1088/2053-1591/ab587d
9. Guttikonda, M. Effect of spark plasma sintering on microstructure and mechanical properties of AA7075/B4C/ZrC hybrid nanocomposite fabricated by powder metallurgy techniques / M. Guttikonda, K.M. Pandey, S.R. Maity // Materials Chemistry and Physics. - 2022. - Vol. 282. - P. 1-9. DOI: 10.1016/j .matchemphys.2022.126000
10. Properties of high specific strength Al - 4 wt.% Al2O3/B4C nano-composite produced by accumulative roll bonding process / M. Alizadeh, M. Ghaffari, H. Akbari beni, R. Amini // Materials and Design. - 2013. - Vol. 50. - P. 427432. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.03.018
11. Evaluation of mechanical properties of 1050-Al reinforced with SiC particles via accumulative roll bonding process / A. Fathy, D. Ibrahim, O. Elkady, M. Hassan // Journal of Composite Materials. - 2018. - Vol. 53, no. 2. - P. 198208. DOI: 10.1177/0021998318781462
12. Mechanical properties of aluminium matrix composite including SiC/Al2O3 by powder metallurgy-a review / M.A. Ibrahim, Y. Sahin, A.Y. Gidado, M. Said // Global Scientific Journal. - 2019. - Vol. 7, no. 3. - P. 23-38.
13. Interfacial reaction mechanism between matrix and reinforcement in B4C/6061Al composites / Y.Z. Li, Q.Z. Wang, W.G. Wang, B.L. Xiao, Z.Y. Ma // Materials Chemistry and Physics. - 2015. - Vol. 154. - P. 107-117. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.01.052
14. Либенсон, Г.А. Процессы порошковой металлургии. Том 2. Формование и спекание: учебник для вузов / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. -М: Издательский Дом МИСиС, 2002. - 320 с.
15. Крючков, Д.И. Обзор экспериментальных исследований деформационного поведения алюмоматрич-ных композиционных материалов, дискретно упрочненных карбидом кремния, в состоянии высокотемпературной сверхпластичности и при ползучести / Д.И. Крючков, А.В. Нестеренко // Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). - 2020. - Т. 22, № 2. - С. 130157. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-130-157
16. Хамза, М. Влияние армирования керамическими микрочастицами на структуру и свойства композитов с алюминиевой матрицей / М. Хамза, С. Мондал // Металловедение и термическая обработка металлов. -2022. - №> 3. - С. 30-33. DOI: 10.30906/mitom.2022.3.30-33
17. Properties of ceramic-reinforced aluminium matrix composites - a review / K.D. Dipti, C.M. Puma, S. Saranjit, K.T. Ratish // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. - 2014. - Vol. 9, no. 12. - P. 1-16. DOI: 10.1186/s40712-014-0012-9
18. Canakci, A. Microstructure and Abrasive Wear Behaviour of B4C Particle Reinforced 2014 Al Matrix Composites / A. Canakci // Journal of Materials Science. - 2011. -Vol. 46, no. 8. - P. 2805-2813. DOI: 10.1007/s10853-010-5156-2
19. Surface wear behavior and friction and wear mechanism studies of A356/3 wt.% AbZr composites / H. Li, L. Jiao, R. Xu, F. Li, S. Lu, Y. Qiao, C. Li, P. Zhang // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2021. - Vol. 30, no. 5. - P. 3892-3902. DOI: 10.1007/s11665-021-05707-2
20. Selective laser melting of in-situ AUSiC4 + SiC hybrid reinforced Al matrix composites: Influence of starting SiC particle size / F. Chang, D. Gu, D. Dai, P. Yuan // Surface and Coatings Technology. - 2015. - Vol. 272. - P. 15-24. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.04.029
21. Preparation and mechanical and tribological properties of A13Zr+6082Al composites fabricated by magnetic stirring in situ / L. Hui, P. Xu, J. Lei, S. Lu // Materials Research Express. -2019. - Vol. 6, no. 6. - P. 1-8. DOI: 10.1088/2053-1591/ab0dcb
22. Axen, N. A model for the abrasive wear resistance of multiphase materials / N. Axen, S.A. Jacobson // Wear. -1994. - Vol. 174, no. 1-2. - P. 187-199. DOI: 10.1016/00431648 (94)90101-5
23. Parametrization of powder for Al/B4C metal matrix composites using the static image analysis method / S.V. Gladkovsky, S.V. Kuteneva, D.A. Dvoynikov, V.E. Veselova // AIP Conference Proceedings. - 2018. -Vol. 2053, no. 1. - P. 040026. DOI: 10.1063/1.5084464
24. Соболева, Н.Н. Технологические аспекты фрикционной обработки покрытия ПГ-СР2, сформированного лазерной наплавкой / Н.Н. Соболева, А.В. Макаров, И.Ю. Малыгина // Frontier Materials & Technologies. - 2019. -№ 3. - P. 47-53. DOI: 10.18323/2073-5073-2019-3-47-53
25. Structure, physical and mechanical properties of aluminum matrix composites reinforced with carbide particles / S.V. Gladkovskii, S.V. Petrova, T.S. Cherkasova, A.M. Patselov // Metal Science and Heat Treatment. - 2023. - Vol. 65. - P. 5461. DOI: 10.1007/s11041-023-00891-5
26. Alizadeh, M. Structural and mechanical properties of Al/B4C composites fabricated by wet attrition milling and hot extrusion / M. Alizadeh, M. Alizadeh, R. Amini // Journal of Material Science and Technology. - 2013. - Vol. 29, no. 8. - P. 725-730. DOI: 10.1016/j.jmst.2013.04.015
27. Selective Laser Melting of in-situ AkSiC4+SiC Hybrid Reinforced Al Matrix Composites: Influence of Starting SiC Particle Size / F. Chang, D. Gu, D. Dai, P. Yuan // Surface and Coatings Technology. - 2015. - Vol. 272. - P. 15-24. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.04.029
References
1. Megahed M., Ania M.A., Abdellhameed M., El-Shafei A.G. Tribological characterization of hybrid metal matrix composites processed by powder metallurgy. ActaMetall. Sin. -Engl. Lett., 2017, vol. 30, no. 8, pp. 781-790. DOI: 10.1007/s40195-017-0568-5
2. Mahesh Kumar V., Venkatesha C.V. Effect of ceramic reinforcement on mechanical properties of aluminum matrix composites produced by stir casting process. Materials Today: Proceedings, 2018, vol. 5, pp. 2466-2473. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.11.027
3. Adib M.H., Abedinzadeh R. Study of mechanical properties and wear behavior of hybrid Al/(AkO3+SiC) nano-composites fabricated by powder technology. Materials Chemistry and Physics, 2023, vol. 305, pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2023.127922
4. Emamy M., Yeganeh S.V., Razaghian A., Tavi-ghi K. Microstructures and tensile properties of hot-extruded Al matrix composites containing different amounts of Mg2Si. Materials Science and Engineering: A, 2013, vol. 586, pp. 190-196. DOI: 10.1016/j.msea.2013.08.026
5. Pugacheva N. B., Michurov N. S., Bykova T. M. The structure and properties of the 30Al-70SiC metal matrix composite material. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2015, vol. 6, pp. 6-18. DOI: 10.17804/2410-9908.2015.6.006-018
6. Emiru A.A., Sinha D.K., Kumar A., Yadav A. Fabrication and Characterization of Hybrid Aluminium (Al6061) Metal Matrix Composite Reinforced with SiC, B4C and MoS2 via Stir Casting. International Journal of Metalcasting, 2022, vol. 17, no. 2, pp. 801-812. DOI: 10.1007/s40962-022-00800-1
7. Ali K.S.A., Mohanavel V., Vendan S.A., Ravichan-dran M., Yadav A., Gucwa M., Winczek J. Mechanical and microstructural characterization of friction stir welded SiC and B4C reinforced aluminium alloy AA6061 metal matrix composites. Materials (Basel), 2021, vol. 14, no. 11, pp. 1-16. DOI: 10.3390/ma14113110
8. Logesh K., Hariharasakthisudhan P., Arul Marcel Moshi A., Surya Rajan B., Sathickbasha K. Mechanical properties and microstructure of A356 alloy reinforced AlN/MWCNT/graphite/Al composites fabricated by stir casting. Materials Research Express, 2020, vol. 7, pp. 1-14. DOI: 10.1088/2053-1591/ab587d
9. Guttikonda M., Pandey K.M., Maity S.R. Effect of spark plasma sintering on microstructure and mechanical properties of AA7075/B4C/ZrC hybrid nanocomposite fabricated by powder metallurgy techniques. Materials Chemistry and Physics, 2022, vol. 282, pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2022.126000
10. Alizadeh M., Ghaffari M., Akbari beni H., Amini R. Properties of high specific strength Al - 4 wt.% AkO3/B4C nano-composite produced by accumulative roll bonding process. Materials and Design, 2013, vol. 50, pp. 427 - 432. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.03.018
11. Fathy A., Ibrahim D., Elkady O., Hassan M. Evaluation of mechanical properties of 1050-Al reinforced with SiC particles via accumulative roll bonding process. Journal of Composite Materials, 2018, vol. 53, no. 2, pp. 198-208. DOI: 10.1177/0021998318781462
12. Ibrahim M.A., Sahin Y., Gidado A.Y., Said M. Mechanical properties of aluminium matrix composite including SiC/Al2O3 by powder metallurgya review. Global Scientific Journal, 2019, vol. 7, no. 3, pp. 23-38.
13. Li Y.Z., Wang Q.Z., Wang W.G., Xiao B.L., Ma Z.Y. Interfacial reaction mechanism between matrix and reinforcement in B4C/6061Al composites. Materials Chemistry and Physics, 2015, vol. 154, pp. 107 - 117. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.01.052
14. Libenson G.A., Lopatin V.Iu., Komamitskii G.V. Protsessy poroshkovoi metallurgii. Tom 2. Formovanie i spekanie: uchebnik dlia vuzov [Powder metallurgy processes. Volume 2. Forming and sintering: textbook for universities]. Moscow: Izdatel'skii Dom MISiS, 2002, 320 p.
15. Kriuchkov D.I., Nesterenko A.V. Obzor eksperi-mental'nykh issledovanii deformatsionnogo povedeniia aliumo-matrichnykh kompozitsionnykh materialov, diskretno uprochnen-nykh karbidom kremniia, v sostoianii vysokotemperaturnoi sverkhplastichnosti i pri polzuchesti [Review of experimental studies of deformation behavior of aluminomatrix composite materials discretely hardened with crimson carbide in the state of high-temperature superplasticity and creep.]. Obrabotka metallov (tekhnologiia • oborudovanie • instrumenty), 2020, vol. 22, no. 2, pp. 130 - 157. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-130-157.
16. Khamza M., Mondal S. Vliianie armirovaniia ke-ramicheskimi mikrochastitsami na strukturu i svoistva kompozitov s aliuminievoi matritsei [Effect of reinforcement with ceramic microparticles on structure and properties of aluminum matrix composites]. Metallovedenie i termicheskaia obrabotka metallov, 2022, no. 3, pp. 30 - 33. DOI: 10.30906/mitom.2022.3.30-33
17. Dipti K.D., Puma C.M., Saranjit S., Ratish K.T. Properties of ceramic-reinforced aluminium matrix composites - A review. International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 2014, vol. 9, no. 12, pp. 1-16. DOI: 10.1186/s40712-014-0012-9
18. Canakci A. Microstructure and Abrasive Wear Behaviour of B4C Particle Reinforced 2014 Al Matrix Composites. Journal of Materials Science, 2011, vol. 46, no. 8, pp. 2805-2813. DOI: 10.1007/s10853-010-5156-2
19. Li H., Jiao L., Xu R., Li F., Lu S., Qiao Y., Li C., Zhang P. Surface wear behavior and friction and wear mechanism studies of A356/3 wt.% AbZr composites. Journal of Materials Engineering and Performance, 2021, vol. 30, no. 5, pp. 3892-3902. DOI: 10.1007/s11665-021-05707-2
20. Chang F., Gu D., Dai D., Yuan P. Selective laser melting of in-situ ALSiC4 + SiC hybrid reinforced Al matrix composites: Influence of starting SiC particle size. Surface and Coatings Technology, 2015, vol. 272, pp. 15-24. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.04.029
21. Hui L., Xu P., Lei J., Lu S. Preparation and mechanical and tribological properties of A13Zr+6082Al composites fabricated by magnetic stirring in situ. Materials Research Express, 2019, vol. 6, no. 6, pp. 1-8. DOI: 10.1088/2053-1591/ab0dcb
22. Axen N., Jacobson S.A. A model for the abrasive wear resistance of multiphase materials. Wear, 1994, vol. 174, no. 1-2, pp. 187-199. DOI: 10.1016/0043-1648 (94)90101-5
23. Gladkovsky S.V., Kuteneva S.V., Dvoynikov D.A., Veselova V.E. Parametrization of powder for Al/B4C metal matrix composites using the static image analysis method. AIP Conference Proceedings, 2018. vol. 2053, no. 1, pp. 040026. DOI: 10.1063/1.5084464
24. Soboleva N.N., Makarov A.V., Malygina I.Iu. Tekhnologicheskie aspekty friktsionnoi obrabotki pokrytiia PG-SR2, sformirovannogo lazernoi naplavkoi [Technological aspects of friction treatment of PG-SR2 cover formed by laser cladding]. Frontier Materials & Technologies, 2019, no. 3, pp. 47-53. DOI: 10.18323/2073-5073-2019-3-47-53
25. Gladkovskii S.V., Petrova S.V., Cherkasova T.S., and Patselov A. M. Structure, physical and mechanical properties of aluminum matrix composites reinforced with carbide particles. Metal Science and Heat Treatment, 2023, vol. 65, pp. 54-61. DOI: 10.1007/s11041-023-00891-5
26. Alizadeh M., Alizadeh M., Amini R. Structural and mechanical properties of AI/B4C composites fabricated by wet attrition milling and hot extrusion. Journal of Material Science and Technology, 2013, vol. 29, no. 8, pp.725-730. DOI: 10.1016/jjmst.2013.04.015
27. Chang F., Gu D., Dai D., Yuan P. Selective Laser Melting of in-situ Al4SiC4+SiC Hybrid Reinforced Al Matrix Composites: Influence of Starting SiC Particle Size. Surface and Coatings Technology, 2015, vol. 272, pp. 15-24. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.04.029
Поступила: 04.03.2024
Одобрена: 11.04.2024
Принята к публикации: 13.05.2024
Об авторах
Гладковский Сергей Викторович (Екатеринбург, Российская Федерация) - доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории деформирования и разрушения (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34, e-mail: gsv@imach.uran.ru).
Черкасова Татьяна Сергеевна (Екатеринбург, Российская Федерация) - младший научный сотрудник лаборатории деформирования и разрушения (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34, e-mail: cherkasova@imach.uran.ru).
Саврай Роман Анатольевич (Екатеринбург, Российская Федерация) - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории конструкционного материаловедения (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34, e-mail: ras@imach.uran.ru).
Петрова Светлана Валерьевна (Екатеринбург, Российская Федерация) - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории деформирования и разрушения (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34, e-mail: esv@imach.uran.ru).
About the authors
Sergey V. Gladkovsky (Ekaterinburg, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher of the Laboratory of Deformation and Fracture (34, Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation, e-mail: gsv@imach.uran.ru).
Tatyana S. Cherkasova (Ekaterinburg, Russian Federation) - Junior Researcher of the Laboratory of Deformation and Fracture (34, Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation, e-mail: cherkasova@imach.uran.ru).
Roman A. Savray (Ekaterinburg, Russian Federation) - Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher of the Laboratory of Structural Materials Science (34, Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation, e-mail: ras@imach.uran.ru).
Svetlana V. Petrova (Ekaterinburg, Russian Federation) - Candidate of Technical Sciences, Researcher of the Laboratory of Deformation and Fracture (34, Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation, e-mail: esv@imach.uran.ru).
Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания ИМАШ УрО РАН (тема № 124020600045-0).
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
