Получение литых композиционных материалов с алюминиевой матрицей воздействием на расплавы низкочастотными колебаниями тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

КИСЕЛЕВ Александр Владимирович

ПОЛУЧЕНИЕ ЛИТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С АЛЮМИНИЕВОЙ МАТРИЦЕЙ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА РАСПЛАВЫ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ

Специальность 02.00.04 — физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ 2006

Работа выполнена в ГУ Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор химических наук,

член-корр. РАН

Эдуард Андреевич Пастухов

Официальные оппоненты:

доктор химических наук профессор

Герман Константинович Моисеев

доктор технических наук профессор

Евгений Львович Фурман

Ведущее предприятие — Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов УрО РАН.

Защита диссертации состоится «30» июня 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 004.001.01 при Институте металлургии Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке УрО РАН.

Автореферат разослан « ^л^Сх. 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 004.001.01 доктор технических наук

Дмитриев А. Н.

2_00(о Рг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Композиционные материалы (КМ) в последние годы получают все большее применение. Диапазон использования КМ чрезвычайно широк: от изделий широкого потребления до конструкций современных автомобилей, авиалайнеров и космических кораблей. Обладая высокими удельными физико-механическими свойствами, уникальным сочетанием иногда взаимоисключающих свойств, композиционные материалы позволяют получить значительный эффект, реализовать принципиально новые технические решения, целенаправленно конструировать материалы под заданные условия эксплуатации. Благодаря КМ стал возможен новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, уменьшении массы машин и конструкций и повышении весовой эффективности транспортных средств и авиационно-космических аппаратов. Преимущества и принципиально новые возможности композиционных материалов позволяют считать решение применения и получения композитов актуальной проблемой.

Анализируя известные методики получения КМ с металлической матрицей можно сделать вывод, что сейчас внимание специалистов направлено на создание литых композиционных материалов (ЛКМ), ориентируясь на относительную простоту их получения и универсальность в отношении форм и размеров отливок.

В настоящее время существует множество методов получения ЛКМ со своими достоинствами и недостатками, но важные и еще не решенные вопросы получения КМ с заданной структурой, обеспечивающей оптимальные свойства, могут быть рано или поздно решены путем улучшения имеющихся или создания новых технологий. Поэтому создание новых методов, позволяющих получать КМ, не уступающие по качеству, но с меньшими трудовыми и временными затратами, является актуальной проблемой.

На данный момент наиболее распространенным методом получения ЛКМ является способ механического замешивания дисперсных частиц или волокон в расплав. Также активно ведутся исследования по разработке и освоению технологий получения ЛКМ, армирование матрицы которых осуществляется не вводом упрочнителей извне, а синтезированием фаз в объеме матричного расплава за счет контролируемых химических реакций между предварительно введенными компонентами. Технология получения ЛКМ, которая может применяться и для замешивания, и для синтеза, несомненно, является интересной с научной точки зрения и перспективной в практическом применении.

Цель работы:

1. Изучить возможности использования метода воздействия низкочастотными колебаниями (НЧК) на расплавы для получения ЛКМ:

— измельчение структурных составляющих естественных композитов типа "металл—металл";

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Г.-Петепбуш

— замешивание упрочняющих неметаллических фаз в расплавы алюминия;

— синтез упрочняющей карбидной фазы в алюминиевой матрице.

2. Изучить процессы смачивания алюминиевыми расплавами подложек из оксида алюминия и графита, используемых при получении ЛКМ с алюминиевой матрицей, как замешиванием, так и синтезом упрочняющей фазы.

3. Исследовать механизм формирования упрочняющих фаз, их химический и фазовый состав.

Методики исследований. Результаты работы получены путем экспериментальных и теоретических исследований. Экспериментальные исследования проведены с использованием имеющейся в ИМет УрО РАН оригинальной установки по воздействию на расплавы НЧК. Также проведены эксперименты по определению смачивания с использованием метода лежащей капли. Теоретические исследования проводились с использованием металлографического (исследована микро- и макроструктура полученных КМ), рентгенофазового (РФА) и микро-рентгеноспектрального (МРСА) анализов. Проведены испытания механических свойств материалов (измерена микротвердость и общая твердость КМ). Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась с использованием системы анализа изображений Б1АМ8 600 и методов статистического анализа программы МюгозоА:®Ехсе1 ХР.

Научная новизна работы:

Впервые для получения ЛКМ был применен способ воздействия на расплавы НЧК в режиме интенсивного перемешивания с бародинамичес-ким эффектом. При этом впервые изучены процессы смачивания алюминием и алюминиевыми расплавами графита МГ-1 и оксида алюминия а-А1203 разной фракции. Исследованы процессы химического взаимодействия на межфазной границе графит МГ-1 — расплавы А1, А1—3,5 %Т\ и А1— 12 Исследован механизм формирования упрочняющих фаз, их химический и фазовый состав.

Работа является продолжением и дальнейшим развитием предшествующих работ по данной тематике в Институте металлургии УрО РАН в лаборатории физической химии металлургических расплавов, выполнена в соответствии с планом научных исследований. Часть результатов получена при финансовой поддержке грантами в рамках поддержки молодых ученых и программы поддержки ведущих российских научных школ.

Практическая ценность:

1. Показана возможность применения метода воздействия НЧК на расплавы для измельчения структуры поршневых (А1—25 и антифрикционных (А—10 и 20 %РЬ) ЛКМ типа "металл—металл".

2. Показана возможность использования кратковременного воздействия НЧК на расплавы для одностадийного получения дисперсно-упрочненных

JIKM замешиванием упрочняющих частиц а-А1203 и SiC, а также синтезом упрочняющей фазы TiC.

3. Установлены термовременные режимы получения JIKM.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических и научно-практических конференциях:

• XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Казань, 2003;

® конференции "Бардинские чтения", Москва, 2003; ® VIII международной научно-технической конференции "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков", Пенза, 2003;

• XI Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", Екатеринбург, 2004;

• VII российском семинаре "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов", Курган, 2004;

® международной конференции "Новые перспективные материалы и технологии их получения", Волгоград, 2004;

• Всероссийской конференции "Керамика и композиционные материалы", Сыктывкар, 2004;

® I Всероссийской школе-конференции "Молодые ученые — новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационной деятельности", Иваново, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ в научных журналах и сборниках трудов российских и международных конференций, получен приоритет на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста и содержит 49 рисунков, б таблиц, а также список литературы из 87 наименований и 3 приложения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Механика движения жидкости под поршнем-излучателем при воздействии на нее НЧК.

2. Изучение процесса смачивания алюминием и расплавами на его основе подложек, изготовленных из порошков а-А1203 различных фракций.

3. Исследование термовременных условий замешивания частиц ос-А1203 и SiC в алюминиевую матрицу с использованием НЧК. Анализ состава, структуры и свойств полученных JIKM.

4. Изучение процессов смачивания подложек из графита МГ-1 алюминием и расплавами на его основе, а также химического взаимодействия на межфазной границе в системах AI—С, AI—Si—С, AI—Ti—С.

5. Исследование термовременных условий синтеза TiC в алюминиевой матрице при воздействии на нее НЧК. Исследование состава и структуры упрочняющей фазы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель проведения исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований в данном направлении. Представлены основные понятия, определения и классификации, применяемые к КМ в современной литературе, и физико-химические основы создания дисперсно-упрочненных КМ. Рассмотрены наиболее распространенные жидкофазные методы получения КМ. Проведенный анализ отечественных и зарубежных достижений в области создания ЛКМ позволил установить перспективность использования ЛКМ в различных областях техники за счет широкого спектра самых различных их свойств. Однако в области создания ЛКМ, несмотря на широкое разнообразие методов их получения, нет наиболее универсальной технологии их приготовления. Процесс получения таких материалов обычно требует значительных временных и энергетических затрат. Поэтому разработка новой технологии, которая отличалась бы своей производительностью, экологичностью, экономичностью и простотой является актуальной задачей.

В институте металлургии УрО РАН разработана и создана оригинальная установка по воздействию на расплавы НЧК. Обработка расплавов низкими частотами является новым методом обработки жидких расплавов и находится в стадии лабораторных исследований.

В рамках проведения данной работы перед нами были поставлены следующие задачи: изучить возможность использования метода воздействия НЧК на расплавы для получения ЛКМ; изучить процессы смачивания алюминиевыми расплавами подложек из оксида алюминия и графита, используемых при получении ЛКМ с алюминиевой матрицей, как замешиванием, так и синтезом упрочняющей фазы; исследовать механизм формирования упрочняющих фаз, их химический и фазовый состав.

Во второй главе приведено описание методики воздействия на расплавы НЧК, результаты моделирования движения жидкости при воздействии на нее НЧК. Рассмотрены методы исследования и испытания полученных образцов, используемые в работе. Представлены сведения о материалах, применявшихся при исследованиях, используемом оборудовании и установках.

Метод воздействия на расплавы НЧК разработан в ИМет УрО РАН. Он применяется для изменения состояния расплава перед кристаллизацией, улучшения структуры литого металла. В данной работе этот метод используется для получения ЛКМ путем измельчения, замешивания и синтеза упрочняющей фазы в алюминиевой матрице. Данная методика выгодно отличается от известных способов получения ЛКМ, так как проявляет многообразие механизмов механохимического воздействия на материалы:

« генерация периодических изменений давления в объеме жидкости под поршнем-излучателем;

® создание вихревых потоков с высокой скоростью циркуляции, которые образуются при движении за поршнем-излучателем и вызывают интенсивное турбулентное движение жидкости во всем объеме;

• возникновение кавитации при определенных геометрических соотношениях размеров сосуда и поршня-излучателя, местонахождении излучателя в объеме расплава, а также частотных и амплитудных характеристиках системы.

Результатами моделирования процесса низкочастотного воздействия на воде стал вывод формулы, которая связывает геометрические параметры колебательной системы (размер тигля и поршня-излучателя, рис. 1), технологические параметры установки (частота и амплитуда колебаний) и физические свойства обрабатываемой жидкости (плотность и вязкость). При выполнении данного неравенства перемешивание охватывает весь объем обрабатываемой жидкости.

л-

О

/г

Рис. 1. Сосуд с жидкостью и колеблющийся в ней поршень

- 1)(1 - ¿Г) > 4а#0

Л

где 8 — амплитуда гармонических колебаний; |1 — частота колебаний, Я — радиус цилиндрического сосуда; с1 = (Я0 — радиус поршня-излучателя); Я0 — расстояние от поршня до дна в начальный момент времени; р — плотность жидкости; г] — вязкость жидкости; а — экспериментальный поправочный коэффициент.

На данной установке невозможно изменять независимо друг от друга частоту и амплитуду колебаний. Проведенные нами эксперименты по воздействию на жидкости с разной вязкостью показали, что максимальная амплитуда смещения поршня-излучателя приходится на частоты 60—80 Гц (результаты экспериментов приведены в табл. 1).

Таблица 1

Зависимость амплитуды смещения поршня от вязкости жидкости

Обрабатываемая жидкость Вязкость Т| -10-3, Па-с Амплитуда смещения 8-10-\м

Вода 0,91 1,5

Вода + 20 % глицерина 1,6 1,47

Вода + 40 % глицерина 3,2 1,41

Вода + 80 % глицерина 48,0 1,26

Глицерин 970,0 1,08

Нами была разработана новая установка, которая может применяться для получения ЛКМ непрерывным литьем. На новую установку оформлена заявка и получен приоритет на изобретение: "Способ получения композиционных сплавов и устройство для его осуществления" № 2005103890 от 14.02.2005. В этой установке используется новый механизм подачи низкочастотных колебаний, который позволяет изменять независимо друг от друга частоту и амплитуду воздействия, что позволит нам добиться полного перемешивания в объеме как за счет изменения геометрических параметров системы, так за счет выбора оптимального сочетания амплитуды и частоты колебаний.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований особенностей структурообразования в естественных композитах типа «металл—металл» на основе алюминия (А1—25 и А1—10 и 20 %РЬ) после воздействия НЧК на их расплавы в различных температурных режимах.

В промышленности заэвтектические силумины составляют особую группу (поршневые сплавы). Эти сплавы являются жаропрочными, имеют низкий температурный коэффициент линейного расширения, обладают размерной стабильностью и износостойкостью.

Структура заэвтектических силуминов состоит из грубой игольчатой эвтектики (раствор алюминия в кремнии и кремния в алюминии) и крупных включений первичного кремния ((3-81) от 1,5 мм до 50 мкм (рис. 2а), измельчение структурных составляющих приводит к улучшению их механических свойств.

Характерной особенностью расплавов А1—является наличие в них микронеоднородностей до высоких температур перегрева. При кристаллизации расплава микронеоднородности выступают в роли зародышей кристаллических фаз, и от их размеров, концентрации и состава зависит структура литого металла. Использование метода активного воздействия на состояние расплава, каковым является воздействие НЧК, приводит к увеличению количества выступающих в роли зародышей микронеоднородностей, то есть к изменению условий кристаллизации. Увеличение числа центров кристаллизации при воздействии НЧК, на наш взгляд, сводится к диспергированию крупных частиц и к изменению условий смачивания субмикроскопических твердых примесей.

Исследования проводились на сплаве А1—25 На расплав воздействовали НЧК в жидко-твердой области (700 °С) и при перегреве над линией ликвидуса на 200 град. (960 °С). Структуру обработанного литого металла сравнивали со структурой сплава, полученного при тех же термовременных условиях плавки, но без физико-химического воздействия на расплав.

Воздействие на расплавы А1—25 упругими колебаниями низкой частоты, как в жидкой, так и в жидко-твердой областях способствует измельчению структурных составляющих литого металла (рис. 26, в). Перегрев расплава выше линии ликвидуса приводит к изменению морфологии первичных кристаллов кремния: вместо розеточных образований формируются в основном единичные ограненные кристаллы не-

правильной геометрической формы, неравномерно распределенные по металлу в виде отдельных скоплений. После воздействие на расплав НЧК форма кристаллов кремния становится более совершенной, близкой к полиэдрической, а распределение их по металлу более равномерным (рис. 2в). В сплаве, модифицированном титаном (0,15 %И), воздействие НЧК приводит к усилению модифицирующей способности титана (рис. 2г).

Рис. 2. Микроструктура сплавов А1—25 а — до воздействия НЧК; б — после воздействия НЧК при температуре ниже ликвидуса (Твазд. = = 700 °С); в — после воздействия НЧК при перегреве над ликвидусом на 200 град (Гвозд, = 960 °С); г — после воздействия НЧК при температуре ниже ликвидуса (7"возд = 700 °С) сплав, содержащий И

Полученные нами результаты по измельчению первичного кремния при воздействии на расплав упругими низкочастотными колебаниями аналогичны результатам, описанным в работе по ультразвуковой кави-тационной обработке заэвтектических силуминов, однако по изменению морфологии кристаллов кремния дают больший эффект, а именно — приближают их форму к сферической. Причиной этого является более высокий температурный интервал воздействия НЧК на расплав и, как следствие, усреднение состава кремнистых микрогруппировок с сохранением в расплаве микронеоднородностей наиболее стабильной промежуточной фазы, на основе которой кристаллизуется наблюдаемый нами (3-81.

Для изучения особенностей структурообразования в естественных композитах типа «металл—металл» была выбрана также система А1—РЬ,

расплав которой обладает свойством несмешиваемости жидкостей в широком температурном интервале. Сплавы А1—РЬ используются как подшипниковые материалы.

Воздействие упругими колебаниями низкой частоты проводили на расплавы А1—10 %РЬ и 20 %РЬ над и под куполом несмешиваемости при температурах 700 °С, 860 °С, и 1060 °С в течение 2, 5 и 10 минут.

В результате интенсивного перемешивания при воздействии на расплав НЧК под куполом несмешиваемости удалось получить материал с равномерно распределенными включениями свинца размером 20—30 мкм (рис. 3). Из-за большой разницы в значениях плотностей алюминия (2,7 г/см3) и свинца (11,3 г/см3) выдержка расплава перед кристаллизацией приводит к коагуляции включений. Поэтому для достижения равномерного распределения мелких включений свинца в алюминиевой матрице выдержка расплава до его кристаллизации должна быть сведена к минимуму, а скорость

Рис. 3. Включения свинца в алюминиевой матрице, после 2 мин воздействия НЧК на расплав А1—10 %РЬ при температуре, 860 °С

кристаллизации максимально возможной.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по изучению смачивания алюминием и расплавами на основе алюминия подложек из а-А1203 и по замешиванию упрочняющих частиц (а-А1203 и Э1С) в алюминиевую матрицу с помощью воздействия НЧК на расплавы в различных термовременных режимах.

В последние годы значительно вырос интерес к такому классу материалов. Они обладают, по сравнению с обычными сплавами, значительно превосходящими свойствами, отличаясь высокими значениями модуля упругости и износостойкости. Эти материалы находят применение во многих отраслях промышленности — автомобилестроении, электронике и т. д. Перспективы их широкого использования и объясняют интерес к ним исследователей.

Существуют различные методы получения КМ системы А1—А1203 и А1—БЮ: порошковая металлургия, замешивание с использованием ультразвука и механическое замешивание. Однако многостадийность большинства из этих процессов сильно увеличивает временные и энергетические затраты на получение КМ.

Основной проблемой получения композитов из разнородных материалов является обеспечение смачивания матричным сплавом упрочняющей фазы. Оценка параметров процесса смачивания является неотъемлемой процедурой, без которой не обходится, как правило, ни

одно исследование КМ, получаемых жидкофазными методами. При замешивании частиц или волокон хорошее смачивание необходимо для обеспечения прочной связи между матрицей и упрочнителем. Поэтому нами были проведены эксперименты по изучению смачивания ос-А1203 алюминием и алюминиевыми сплавами методом лежащей капли.

При проведении эксперимента для предотвращения окисления алюминия нами была использована система раздельного нагрева образца и подложки. В качестве исследуемых сплавов были выбраны гранулированный алюминий, сплавы А1—б и А1—3 %Mg. В качестве подложек использовали литой алунд поверхность которого неоднородна: выпуклые зерна размерами 5—10 мкм на расстоянии друг от друга до 90 мкм и спрессованный оксид алюминия а-А1203 с размерами частиц <56 мкм и 56—100 мкм. Эксперимент проводили в вакууме Ю-5 мм рт. ст. в интервале температур 1000—1300 °С с шагом в 20 град, и выдержкой при каждой температуре в течение 5 минут.

Из полученных результатов следует, что зависимости краевого угла от температуры имеют Б-образную форму (рис. 4, 5). Большие значения краевого угла, наблюдаемые при низких температурах, связаны с тем, что на этом этапе происходит физическое растекание жидкости по подложке, при этом силы Ван-дер-Ваальса дают слабую связь. С образованием стабильной химической связи кислород оксида — металл расплава величина краевого угла смачивания резко уменьшается.

в, град.

140 ■ 120100-М-6040 ■

20-050

Рис. 4. Смачивание алюминием Рис. 5. Смачивание подложки

подложек из А1203 различной ше- с размером частиц А1203 < 56 мкм,

роховатости расплавами на основе алюминия

Установлено, что растекание расплавов по а-А1203 происходит при температуре выше 1200 °С. Рассчитанные нами термодинамические потенциалы реакций окисления для систем А1203—81, А12Оэ—А1 и А1203—М^ для 1250 °С (92 кДж/ г-ат. 02, 0 кДж/ г-ат. б2, -25 кДж/ г-ат. О, соответственно) показывают, что добавки М^ в А1 должны снижать краевой угол сма-

♦-АIV« в,

■ — <56 ним граДА---56-100 мш 140

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

Т,°С

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

т,°с

чивания. Наши экспериментальные данные согласуются с расчетами. Из рис. 5 следует, что расплав А1—М^ лучше смачивает подложку во всем диапазоне исследуемых температур.

Эксперимент по влиянию шероховатости на процесс смачивания показал, что инкубационный период (8>90°) для подложек, изготовленных из частиц сс-А1203 размером <56 мкм, имеет большую продолжительность. Дальнейшее снижение угла 0 происходит более интенсивно, чем на других подложках.

Таким образом, показано, что растекание расплавов по а-А1203 происходит только при температуре выше 1200 °С. Установлено, что расплавы лучше всего растекаются по подложкам с наименьшей шероховатостью. Для обеспечения лучшей смачиваемости также нужно использовать сплавы, в состав которых входят металлы, обладающие большим, чем у алюминия сродством к кислороду, в соответствии с этим в дальнейшем а-А1203 замешивали в промышленный сплав АЛ9 в состав которого входит магний.

В общем, из полученных результатов по определению краевого угла смачивания (рис. 4, 5) следует, что легированием алюминиевой матрицы и уменьшением размера частиц твердой фазы существенного снижения температуры их смачивавния не достигнуть, и поэтому необходимо использовать другие возможности для интенсификации образования химических связей на межфазной границе компонентов КМ.

Весьма важным условием для улучшения смачивания порошков является их предварительная подготовка, которая заключается, во-первых, в прокаливании с целью уменьшения пористости и очищения поверхности от загрязнений и примесей, способствующих образованию газовой прослойки на межфазной границе, а во-вторых, в плакировании поверхности частиц металлом матрицы. Определено, что температура прокаливания порошка с целью обезвоживания должна быть не менее 600 °С. Анализ изменения фазового состава порошков при нагревании до 1300 °С показал, что воздействие НЧК на смеси А1ж—А1203тв можно проводить в двух температурных режимах: <800 °С, вводя в расплав порошок у-А1203, или при >1250 °С, вводя порошок корунда а-А1203. Так как для обеспечения смачиваемости необходимы температуры более 1200 °С, то в качестве упрочняющей фазы использовали корунд.

Замешивание частиц а-А1203 с использованием НЧК показало хорошие результаты и при температуре 1200 °С удалось получить КМ с равномерно распределенными включениями упрочняющей фазы. В то же время при механическом перемешивании расплава с порошком, предварительно очищенным и прокаленным, замешивания упрочняющих частиц не произошло. Это говорит о том, что обработка НЧК суспензии А1—А1203 благодаря бародинамическому воздействию и интенсивному перемешиванию в еще большей степени, чем прокаливание способствует удалению газов с поверхности частиц.

Предварительное плакирование частиц а-А1203 алюминиевой пудрой было выполнено разными способами:

— механохимическое плакирование (в планетарных мельницах),

— плакирование методом воздействия НЧК.

2.33

24.0 32.0 40.0 48.0 56.0 64.0 74.98 20 (СиКа)

Рис. 6. Рентгенограммы исходных компонентов для получения ЛКМ: а — а-А1203; б — А1пуяра.; в — смесь А1 + а-А1203 после воздействия НЧК; г — смесь А1 + А1203 после механохимической обработки; цифры над пиками — (1, А

На рис. 6 приведены рентгенограммы исходных компонентов и смесей из них, полученных способами меха-нохимического плакирования и плакирования с использованием НЧК. Видно, что обе обработки приводят к однотипным изменениям кристаллической структуры, а именно к их частичному ра-зупорядочению.

В результате замешивания таких смесей в жидкий алюминий с использованием НЧК удалось снизить температуру смачивания упрочняющей фазы до 1050 °С.

Распределение оксида в сплаве происходит в виде единичных смоченных расплавом зерен и агрегатиро-ванных скоплений (коагулятов) размерами от 2 до 100 мкм (рис. 7).

Рис. 7. Композиционный материал А1—А1203 (вторичн. эл). а — макроструктура КМ,

б, в — микроструктура включений упрочняющей фазы в алюминиевой матрице.

Микрорентгеноспектральный анализ композитов показал, что состав упрочняющей фазы очень сложен, и замешанный в расплав корунд является лишь его составной частью. Было проанализировано распределение всех элементов сплава (А1, О, С, 81, Бе, Са) по фазовым составляющим. Показано, что в составе упрочняющей фазы содержатся все элементы сплава, в том числе С и А1. Точное количество их определить трудно, т.к. из-за малых размеров зерен пики на сканограммах не имеют горизонтальных площадок. Рентгенофазовый анализ полученных КМ показал, что состав упрочняющей фазы представлен оксидами и окси-карбидами элементов сплава с преобладанием оксида алюминия. Причем замешанный А1203 является лишь частью всего оксида, находящегося в сплаве.

Все соединения, составляющие упрочняющую фазу, имеют высокую твердость (до 20 ООО МПа) и температуру плавления (до 2000 °С), поэтому следовало бы ожидать высокой твердости их скоплений. Однако, наличие газов в составе конгломератов упрочняющей фазы снижает ожидаемые значения их микротвердости фазовых составляющих на порядок. Измерения микротвердости матрицы показали, что она возрастает при приближении к межфазной границе с полностью смоченными зернами корунда до 1350 МПа. Повышение микротвердости матрицы вызвано, по-видимому, структурными напряжениями второго рода, связанными с разницей коэффициентов объемного расширения, а также появлением препятствий (упрочняющая фаза) для движения дислокаций.

Измерение общей твердости по Бринеллю с диаметром шарика 5 мм, захватывающего значительную площадь шлифа, показали, что замешивание в алюминиевый расплав 3 % ос-А1203 приводит к повышению твердости до 600 МПа, что выше, чем КМ, полученных с помощью порошковой металлургии (САПы) с таким же содержанием А1203 на 15—20 %.

Последующая выдержка суспензии КМ при температуре 700 °С приводит к самодиспергированию крупных коагулянтов и их дегазации.

Для изучения возможности применения НЧК для замешивания упрочняющей фазы в алюминиевый расплав нами была также выбрана система А1—8Ю. В процессе получения ЛКМ из-за длительного контакта волокон или частиц карбида кремния с матричным расплавом значительной проблемой становится взаимодействие между упрочняющей фазой и расплавом. Это взаимодействие приводит к образованию хрупких прослоек карбида алюминия (А14С3, а также А1481С4) на поверхностях раздела, что снижает прочность КМ. На основе литературных данных можно сделать вывод, что при получении КМ А1—8Ю замешиванием упрочняющей фазы в матричный расплав для предотвращения интенсивного взаимодействия алюминия и карбида кремния нужно использовать сплавы с содержанием кремния не менее 12 %, а температура получения композита не должна превышать 800 °С.

Эксперименты по замешиванию Э1С в алюминиевую матрицу нами проведены в интервале температур от 600 до 730 °С при содержании кремния в алюминиевой матрице от 16 до 23 %. Для этого использовался порошкообразный карбид кремния с размером частиц до 20—50 мкм. Время замешивания 5—10 минут.

В результате был получен ЛКМ на основе сплава с 22,6 %81, в который были замешаны частицы гранулированного карбида кремния рис. 8 (а, б). Рентгенофазовый анализ полученных образцов подтвердил наличие БЮ.

Рис. 8. Замешивание частиц карбида кремния в алюминиевую матрицу, а — общий вид ЛКМ, упрочненного Б1С; б — частица БЮ в алюминиевой матрице

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований по синтезу упрочняющей фазы (ТЮ) в алюминиевой матрице с помощью воздействия НЧК на расплавы в различных температурных режимах.

Методы замешивания, применяемые при получении композитов, не всегда обеспечивают требуемого уровня связей между армирующей фазой и матрицей. Поэтому ведутся активные поиски и разработка технологий получения литых композиционных материалов, обеспечивающих требуемую плотность и прочность межфазных связей. К таким технологиям относятся методы, в которых упрочняющая фаза синтезируется в матричном расплаве за счет контролируемых химических реакций между предварительно введенными компонентами.

Нами исследована возможность получения литого композита А1—МеС в одну стадию (исключаются процессы приготовления и брикетирования порошковых материалов, использование расплавов солей и перегревов до 2000 град.) синтезом карбидной упрочняющей фазы. При этом карбидооб-разующий элемент входит в состав матрицы, а микрочастицы углерода поступают из графитового поршня-излучателя, изготовленного из графита марки МГ-1.

Для протекания реакции карбидообразования Ме+С —» МеС требуется обеспечение смачиваемости матричным расплавом частиц графита. В данной работе исследованы температурные зависимости углов смачивания алюминием и его сплавами подложек из графита МГ-1. Исследования выполнены с целью определения оптимальных температур получения литых композитов с алюминиевой матрицей синтезом карбидной упрочняющей фазы в расплаве СПС). Так как алюминий практически не растворим в углероде, а растворимость углерода в алюминии не более 0,1 % при 800 °С,

то главным процессом их взаимодействия является образование А14С3. Присутствие в КМ этого карбида ухудшает его свойства, так как А14С3 взаимодействует с водой с образованием гидрооксида алюминия и метана.

А14С3 + 12Н20 4А1(ОН)3 + ЗСН4.

В связи с этим перед нами стояла задача изучения возможности подавления образования А14С3 в алюминии и его сплавах.

Для изучения смачиваемости графита алюминиевыми сплавами использовали гранулированный алюминий, сплавы AI—12 %Si и AI—3,5 %Ti. В качестве подложек служили плоскопараллельные пластины из графита марки МГ-1. Измерения углов смачивания проводили в интервале температур 1000—1300 °С с шагом в 20 °С и выдержкой при каждой температуре в течение 5 минут. Результаты экспериментов показали, что при повышении температуры свыше 1150 °С смачивание графита резко улучшается. На этой стадии начинается химическое взаимодействие металла с углеродом. Стандартная энергия Гиббса образования карбидов элементов, содержащихся в исследуемых нами сплавах, в пересчете на 1 г-атом углерода убывает (по абсолютной величине) в последовательности Ti AI —» Si (-183; -47; -43 кДж/г-ат углерода соответственно). Поэтому следует ожидать, что добавление к алюминию титана улучшит смачивание расплавом графита, что и подтверждают экспериментальные данные (рис. 9). Во время эксперимента за время выдержки при 1200 °С около 5 минут, в капле из чистого AI и AI—3,5 %Ti начиналось вспучивание металла, вызванное, по-видимому, увеличением объема при образовании карбидов алюминия, в капле AI—12 %Si этого не наблюдалось.

Рентгенофазовый анализ поперечного разреза капель показал наличие в сплавах следующих фаз: в чистом AI: AI и А14С3, в сплаве AI—3,5 %Ti: AI, А14С3, С, TiC, в сплаве AI—12 %Si: AI, Si, (Si, A1)C,'C, фаза A14C3 в чистом виде (в пределах чувствительности метода до 0,1 %) отсутствует. Микрорентгенос-пектральный анализ поперечного разреза капли AI—12 %Si (табл. 2, рис. 10) позволил сделать вывод, что при таком содержании кремния в сплаве на границе раздела металл—углерод образуется барьерный запирающий слой, обогащенный кремнием и состоящий в основном из сложного карбида на основе карбида кремния, который предотвращает карбидизацию алюминия.

Таблица 2 Результаты МРСА фаз сплава AI—12 %Si (рис. 8)

№ точки на рис. 10 Элемент, мае. % Основные фазы

AI Si С

1 0,39 99,42 0 Si

2 11,67 58,79 29,47 (Si, А1)С

3 6,72 64,41 28,79 (Si, А1)С

4 0,01 0,06 83,5 С

5 97,98 1,53 0 AI

6 0,27 99,72 0 Si

е,

град. 140 ■

120 • 10080 ■ 60 • 40 ■

20 -950

Рис. 10. Микроструктура межфазной границы капли А1—12 на графите МГ-1. Обозначения в таблице 2

Процессы карбидообразования с помощью низкочастотного воздействия на расплавы изучали в алюминиевых сплавах, различающихся содержанием титана и примесных элементов. Для приготовления сплавов использовали химически чистый гранулированный алюминий, алюминиево-титановую лигатуру (3,5 %Т1, 0,08 %Ре, 0,07 %80 и лигатуру А1—3,6 %Т\ с повышенным содержанием примесей (0,37 %Ре, 0,41

Низкочастотными колебаниями воздействовали в течение 10—30 минут на расплавы А1—Тл с содержанием титана от 0,7 до 3,5 % при перегреве над ликвидусом от 100 до 400 градусов. Кроме того, полученные композиты переплавляли при разных температурах (от 750 до 900 °С), выдерживали расплав при данной температуре в течение 30 минут или обрабатывали 5 минут НЧК. В тех же температурных и временных условиях, но без воздействия НЧК, проводили плавки для получения образцов-свидетелей.

Металлографический анализ образцов, полученных при различных температурах воздействия на расплав НЧК, показал, что образование карбидов начинается с перегревов над ликвидусом 200 град. Содержание карбидной фазы ПС в композите, по данным РФА, зависит от концентрации титана в расплаве и с его увеличением возрастает с 1,3 до 4,2 %.

Изучение кинетики процесса карбидообразования показало, что с увеличением времени воздействия НЧК идет снижение содержания интерме-таллида А13Т1 и одновременно образование карбида ПС. После перехода в карбидную фазу всего титана начинает резко возрастать содержание карбида А14С3 (рис. 11).

Микроструктура полученных КМ представлена на рис. 12, включения упрочняющих фаз размером от 2 до 40 мкм равномерно распределены в алюминиевой матрице.

Рис. 9. Температурная зависимость краевого угла смачивания графита МГ-1 алюминиевыми расплавами

10

£

0.3

1. 0.2 т

Ч 3 0.1

о 1140° :

д 1300° 2

\ >\

\ 1 | \

N \

Г '

,1

0 5 10 15 20 25 30 Длительность воздействия НЧК, мин

Рис. 11. Изменения содержания включений в сплаве А1—3,5 %Т\ в зависимости от времени воздействия НЧК на расплав

Рентгенофазовый анализ позволил оценить количество образующихся после обработки НЧК фаз ТЮ, А14С3, А1404С, А12Оэ. Результаты химического и рентгенофазового анализов некоторых полученных композитов приведены в табл. 3.

Состав упрочняющих фаз, полученных как синтезом, так и замешиванием порошков а-А1203 в алюминиевые расплавы, представлен оксидами, карбидами и оксикарби-дами всех элементов сплава. Эта общность обусловлена однотипными физико-химическими процессами, протекающими при воздействии на расплавы НЧК. То есть одновременное воздействие температуры, турбулентного перемешивания и знакопеременного давления инициирует в расплаве протекание химических реакций, основными из них могут являться следующие:

А1 + С -» А14С3;

А13Т1 + С Т^С + А1;

А1 + 02 А1203;

А1 + С + 02 -> А14С40.

Рис. 12. Микроструктура включений упрочняющей фазы в композиционном материале А1—3,5 %Т\С, при различных увеличениях (вторичн. эл).

Таблица 3

Результаты химического и рентгенофазового анализов композитов

Композиционный материал и условия его получения сплава Содержание элементов, мае. % (химический анализ) Содержание фаз. Данные РФА в пересчете на мае. %

Ti С TiC,., А14С3 А1404С ai2o3 Al3Ti

Сплав 1 До воздействия НЧК, перегрев 400 град. 0,72 0,11 не анализировали

После 20 мин воздействия НЧК при перегреве от 100 до 400 градЛ После повторного плавления и выдержки 30 мин при 750 °С 0,70 0,71 0,47 0,35 0,77 0,7 0,46 не обнаружен 0,19 не обнаружен 0,53 0,5 —

Сплав 2 До воздействия НЧК, перегрев 400 град 3,5 0,13 не анализировали

После 20 мин воздействия НЧК при перегреве 400 град/**5 3,52 0,74 3,26 не обнаружен не обнаружен 0,3 0,78

Сплав 3 После повторного плавления остатков КМ разного состава и воздействия НЧК 5 мин при 850 °С 1,25 0,53 1,4 1,53 0,74 0,99

* — содержится 0,08 % Fe и 0,07 % Si, ** — содержится 0,35 % Fe и 0,16 % Si.

Определено также что, чем выше содержание титана в сплаве, тем больше процент ПС^ в композите и тем ближе состав карбида к стехио-метрическому. В сплавах А1—Т1 образование карбидов А14С3 и оксикарби-дов А1404С происходит только после связывания всего титана в карбиды ТЮ. Дополнительная обработка низкочастотными колебаниями расплава ранее полученного композита приводит к возрастанию содержания оксидно-карбидной упрочняющей фазы (сплав 3 табл. 3).

Для определения качества связи на границе раздела матрица — упрочняющая фаза нами была измерена микротвердость КМ, полученных при разных условиях, а также после переплавов. Например, для КМ, полученного при воздействии НЧК на расплав А1—3,5 %Т\ 20 мин, микротвердость матрицы составила 285 МПа, а микротвердость карбидосодержащей фазы 1853 МПа. Полученные нами значения микротвердости меньше твердости отдельных фаз входящих в состав КМ. Это говорит о том, что в состав упрочняющей фазы представлен скоплением различных фаз маленького размера (отпечаток захватывает матрицу), по-видимому, этим и определяются невысокие значения микротвердости.

Таким образом, показана возможность одностадийного получения литых композитов А1—Т1С синтезом упрочняющей фазы в алюминиевом расплаве (т-вки технология). С помощью выбора технологических режимов, можно получать КМ заданного состава, а именно с минимальным содержанием А14С3 при максимальном содержании ТЮ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Композиционные материалы с металлической матрицей превосходят по своим служебным характеристикам обычные сплавы и поэтому являются перспективными материалами. Процесс получения таких материалов методами порошковой металлургии или высокотемпературным синтезом обычно требует значительных временных и энергетических затрат, поэтому актуальна разработка новых способов получения КМ. Перспективными здесь являются литые КМ. Конечную структуру и механические свойства металлических композиционных материалов, получаемых жидкофазными методами, определяют процессы смачивания, взаимодействия на поверхностях раздела фаз и кристаллизации.

2. Для получения ЛКМ использовалась имеющаяся в ИМет УрО РАН оригинальная установка по воздействию на расплавы низкочастотными колебаниями с помощью поршня-излучателя в сосуде. Воздействие НЧК в отличие от других методов обработки расплавов сочетает в себе несколько механизмов механохимического воздействия, такие как создание вихревых потоков с высокой скоростью циркуляции, генерация периодических изменений давления в объеме расплава под поршнем-излучателем и возникновение кавитации при определенных геометрических соотношениях размеров сосуда и поршня-излучателя.

3. Показано, что воздействие НЧК на расплавы естественных КМ, способствует измельчению структурных составляющих литого сплава и равномерному распределению их по объему слитка.

Обработка расплава заэвтектического силумина А1—25 в жидко-твердой области измельчает первичные кристаллы кремния на порядок величины без изменения их морфологического строения. Игольчатая разноразмерная эвтектика после обработки НЧК становится более однородной.

Воздействие НЧК на расплав, модифицированный титаном повышает его модифицирующее действие и приводит к измельчению первичных кристаллов кремния в несколько раз. При этом преобладающей формой становятся ограненные и близкие по размерам полиэдры.

4. Установлено, что воздействие НЧК на расплавы двух несмешиваю-щихся жидкостей А1 и РЬ приводит к диспергированию включений свинца в алюминиевой матрице. Для получения ЛКМ с равномерно распределенными мелкими частицами РЬ кратковременное воздействие НЧК должно проводиться под куполом несмешиваемости. Ввиду большой разницы в плотностях А1 и РЬ выдержка расплава до его кристаллизации должна быть сведена к минимуму, а скорость кристаллизации максимально возможной.

5. Определены температурные зависимости смачиваемости корунда расплавами А1, А1—6 А1—3 %Mg. Показано, что растекание распла-

bob по oc-A1203 происходит только при температуре выше 1200 °С. Установлено, что для обеспечения лучшей смачиваемости нужно использовать сплавы, в состав которых входят металлы, обладающие ббльшим, чем у алюминия сродством к кислороду, при этом расплавы лучше всего растекаются по подложкам с наименьшей шероховатостью.

6. Показана возможность использования НЧК для получения JIKM AI—А1203 и AI—SiC замешиванием а-А1203 и SiC в жидкий алюминий.

7. Показано, что использование предварительного кратковременного воздействия НЧК на замешиваемые в расплав смеси порошков корунда и алюминиевой пудры приводит к механохимическому активированию А1203 и плакированию его поверхности элементом матрицы. В результате замешивания такого порошка удалось снизить температуру получения КМ с 1200 °С до 1050 °С.

8. Определены температурные зависимости смачиваемости графита МГ-1 расплавами AI, AI—3,5 %Ti и AI—12 %Si. Установлено, что титан улучшает смачивание жидким алюминием графита, а кремний, напротив, несколько его тормозит. Исследован химический и фазовый состав межфазной границы и сделан вывод, что кремний предотвращает карбидиза-цию алюминия за счет образования на границе с графитом барьерного запирающего слоя, обогащенного кремнием и состоящего в основном из карбида кремния.

9. Показана возможность использования метода воздействия НЧК на расплавы AI—Ti для получения JIKM AI—TiC синтезом упрочняющей фазы TiC в матричном расплаве (in-situ технология). При этом карбидообра-зующий элемент входит в состав матричного сплава, а источником углерода является графитовый поршень — излучатель. Образование карбидов титана начинается с перегрева над ликвидусом 200 град.

10. Изучена кинетика формирования упрочняющей фазы при ее синтезе в расплаве AI—Ti с использованием воздействия НЧК. Показано, что в расплавах, как при синтезе упрочняющей фазы, так и при ее замешивании протекают химические реакции, приводящие к образованию карбидов, оксидов и оксикарбидов элементов сплава.

11. Выполненные эксперименты позволяют рекомендовать метод воздействия НЧК на расплавы для получения JIKM как один из новых методов механохимической активации физико-химических процессов. Процесс получения ЛКМ при этом является кратковременным и одностадийным.

Основные публикации по теме диссертационной работы:

1. Попова Э.А. Получение композитов AI—TiC синтезом упрочняющей фазы при воздействии на перегретые расплавы AI—Ti низкочастотными колебаниями в режиме кавитации / Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова, Э.А. Пастухов, A.B. Долматов, A.B. Киселев // 17 Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл. — Казань, 2003. — С. 194.

2. Бодрова Л.Е. Получение литых композиционных материалов AI— А1203 воздействием на расплавы упругими колебаниями низкой частоты в режиме кавитации / Л.Е. Бодрова, Э.А. Попова, Э.А. Пастухов, A.B. Киселев, A.B. Долматов // VIII Международная научно-техничес-

кая конференция "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков": материалы конф. — Пенза, 2003. — 4.1. — С. 349—351.

3. Долматов A.B. Карбидообразование при кавитационном воздействии на расплавы AI—Ti для получения композитов / A.B. Долматов, Э.А. Пастухов, H.A. Ватолин, Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова, A.B. Киселев // Технология металлов. — 2004. — № 10. С. 24—26.

4. Бодрова Л.Е. Изменение структуры силуминов воздействием на их расплавы акустической кавитацией и жидкими солями / Л.Е. Бодрова, Э.А. Попова, H.A. Ватолин, Э.А. Пастухов, A.B. Киселев, Н.М. Бар-бин, Г.Ф. Казанцев // Расплавы. — 2004. — № 4. С. 62.

5. Долматов A.B. Способ повышения качества лигатур AI—Ti / A.B. Долматов, A.B. Киселев, Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова, Э.А. Пастухов, H.A. Ватолин // XI Российская конференция "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов": тр. конф. — Екатеринбург,

2004. — Т. 4. — С. 247.

6. Киселев A.B. Смачивание поверхности А1203 сплавами на основе алюминия / A.B. Киселев, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // XI Российская конференция "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов": тр. конф. — Екатеринбург, 2004, Т. 2. — С. 202.

7. Игнатьев И.Э. Математическое моделирование механики движения расплава под воздействием упругих колебаний / И.Э. Игнатьев, Э.А. Пастухов, A.B. Долматов, A.B. Киселев, Е.В. Игнатьева, Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова // VII Российский семинар "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов": тр. — Курган, 2004. — С. 23—26.

8. Бодрова Л.Е. Формирование упрочняющих фаз при получении литого композиционного материала замешиванием корунда в AI-расплав при воздействии на него низкочастотными колебаниями / Л.Е. Бодрова, A.B. Киселев, A.B. Долматов, Э.А. Попова, Э.А. Пастухов, С.А. Петрова // Новые перспективные материалы и технологии их получения: сб. научн. тр. междунар. конф. — Волгоград, 2004. — Т. I. — С. 38.

9. Попова Э.А. Синтез карбидосодержащих упрочняющих фаз в расплавах AI—Ti при воздействии на них низкочастотными колебаниями / A.B. Долматов, A.B. Киселев, Л.Е. Бодрова, Э.А. Пастухов, С.А. Петрова, Р.Г. Захаров // Новые перспективные материалы и технологии их получения: сб. научн. тр. междунар. конф. — Волгоград, 2004. — Т. I. —С. 121.

10. Киселев A.B. Получение композитов AI—TiC синтезом упрочняющей фазы при воздействии на перегретые расплавы AI—Ti низкочастотными колебаниями / A.B. Киселев, A.B. Долматов // Всероссийская конференция "Керамика и композиционные материалы": сб. тез. — Сыктывкар, 2004. — С. 68.

11. Игнатьев И.Э. Математическое моделирование движения жидкости в цилиндрическом сосуде, возбуждаемое поршнем-вибратором / И.Э. Игнатьев, A.B. Киселев, A.B. Долматов, Ю.В. Концевой, Э.А. Пастухов, Е.В. Игнатьева, Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова // Расплавы. —

2005. — №6. —С. 3.

12. Киселев A.B. Новый способ получения литых композитов AI—TiCx / A.B. Киселев, A.B. Долматов, Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова, С.А. Петрова, Э.А. Пастухов // 1 Всероссийская школа-конференция "Молодые ученые —■ новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность": тез. докл. — Иваново. 2005. — С. 174—176.

13. Пастухов Э.А. Обработка низкочастотными акустическими колебаниями алюминиевых расплавов с целью модифицирования структуры литого металла и получения литых композиционных материалов / Э.А. Пастухов, H.A. Ватолин, Э.А. Попова, JI.E. Бодрова, A.B. Долматов, A.B. Киселев // Физическая химия и технология в металлургии: сб. тр. конф. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. — С. 70—76.

14. Изобретение № 2005103890 приоритет от 14.02.2005. Способ получения композиционных сплавов и устройство для его осуществления / Ю.В. Концевой, H.A. Ватолин, И.Э. Игнатьев, Э.А. Пастухов, Е.В. Игнатьева, Л.Е. Бодрова A.B. Киселев.

Киселев Алексей Владимирович

Получение литых композиционных материалов с алюминиевой матрицей воздействием на расплавы низкочастотными колебаниями

Автореферат

Подписано в печать 25.05.06. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,5. Заказ 82.

Типография «Уральский центр академического обслуживания». 620219, г. Екатеринбург, ул Первомайская, 91.

ZOO G ft

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Современное состояние проблем.

1.2. Основные понятия, определения и классификации, применяемые к композиционным материалам.

1.3. Физико-химические основы создания дисперсНо-упрочненных композиционных материалов.

1.3.1. Основные принципы создания дисперсно-упрочненных композиционных материалов.

1.3.2. Выбор матрицы и упрочнителя.

1.3.3 Механизм упрочнения дисперсными частицами.

1.4. Жидкофазные технологии получения композиционных материалов

1.5. Выводы. Постановка задачи.

2. УСТАНОВКА НИЗКОЧАСТОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАСПЛАВЫ, ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ.

2.1. Конструкционные особенности установки.

2.2. Моделирование движения жидкости в цилиндрическом сосуде, возбуждаемое поршнем-излучателем.

2.3. Проведение эксперимента и методики исследования образцов.

2.4. Выводы.

3. ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЕСТЕСТВЕННЫХ КОМПОЗИТОВ.

3.1. Воздействие упругими колебаниями на расплавы Al-Si заэвтектического состава.

3.2. Воздействие упругими колебаниями на расплавы А1-РЬ над и под куполом несмешиваемости.

3.3. Выводы.

4. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗАМЕШИВАНИЕМ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ В АЛЮМИНИЕВУЮ МАТРИЦУ С ПОМОЩЬЮ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЧК НА РАСПЛАВЫ.

4.1. Получение композита А1 - А1203 замешиванием упрочняющей фазы в матричный расплав.

4.1.1. Физико-химические свойства А1, А1203 и их композиций.

4.1.2. Смачивание AI2O3 расплавами на основе алюминия.

4.1.3. Подготовка исходных материалов и проведение эксперимента.

4.1.4. Структура полученных литых композиционных материалов.

4.1.5.Химический и фазовый состав упрочняющей фазы.

4.2. Получение композита А1 - SiC замешиванием упрочняющей фазы в матричный расплав.

4.2.1. Физико-химические свойства SiC и его композиции с алюминиевыми расплавами.

4.2.2. Проведение эксперимента и структура литых композиционных материалов.

4.3. Выводы.

5. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИНТЕЗОМ КАРБИДНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ В АЛЮМИНИЕВОЙ МАТРИЦЕ С ПОМОЩЬЮ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЧК НА РАСПЛАВЫ.

5.1. Углерод и его взаимодействие с металлами.

5.2. Смачивание графита сплавами на основе алюминия и процессы карбидообразования в системах Al-C, Al-Ti-C и Al-Si-C.

5.3. Карбидообразование при воздействии НЧК на расплавы Al-Ti.

5.3.1. Взаимодействие и свойства фаз в системе Al-Ti.

5.3.2. Получение и микроструктура литых композиционных материалов AI-AI3Ti-TiC.

5.4. Механические свойства полученных композиционных материалов

5.4.1. Микротвердость полученных композиционных материалов.

5.4.2. Испытания на разрыв.

5.5 Выводы.

Композиционные материалы (КМ) в последние годы получают все большее применение. Диапазон использования композиционных материалов чрезвычайно широк: от изделий широкого потребления до конструкций современных автомобилей, авиалайнеров и космических кораблей. Обладая высокими удельными физико-механическими свойствами, уникальным сочетанием иногда взаимоисключающих свойств композиционные материалы позволяют получите значительный эффект, реализовать принципиально новые технические решения: целенаправленно конструировать материалы под заданные условия эксплуатации. Благодаря КМ стал возможен новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, уменьшении массы машин и конструкций и повышении весовой эффективности транспортных средств и авиационно-космических аппаратов [1].

Применение КМ в настоящее время ограничено высокой стоимостью их получения, связанной в основном со сложностью процесса их получения [2]. Такие технологии получения КМ, например, как порошковая металлургия в основном многостадийные, длительные во времени и энергозатратные методы. Поэтому в последнее врбмя внимание исследователей направленно на создание новых технологий, которые позволят сделать композиты более доступными материалами. К таким методам относятся литейные технологии получения КМ. К основным достоинствам литых композиционных материалов (JIKM) относится относительная простота их получения и возможность создания отливок практически любой геометрии. Поэтому разработка новых технологий получения JIKM с использованием принципиально новых методов является актуальной задачей.

Автор выражает огромную благодарность к.х.н. Л.Е. Бодровой, к.т.н. Э.А., Поповой, к.т.н. Н.Э. Игнатьеву, к.х.н. А.С. Быкову, к.т.н. В.П. Ченцову, к.ф-м.н. С.А. Петровой, к.ф-м.н. Р.Г. Захарову за помощь в проведении экспериментов и анализе полученных данных.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Современное состояние проблем

Композиционные материалы обладают свойствами, отсутствующими у компонентов, взятых в отдельности, например повышенной трещиностойкостью при высоких прочности и жесткости. В последние время КМ рассматривают не только как высокопрочные конструкционные материалы, но и как материалы со специальными свойствами. Например, КМ с углеродными волокнами имеет очень низкий коэффициент температурного расширения, т.е. обеспечивает высокую размерную стабильность ® конструкций в переменном температурном поле. Это обуславливает его эффективное применение в зеркалах и опорах оптического приборостроения, антеннах, ферменных конструкциях, подложках и т.п. КМ с наполнителями -твердыми смазочными материалами (графитом, гексагональным нитридом бора) используют в качестве триботехнических и прирабатываемых материалов, КМ с твердыми частицами (А120з, В4С и т.п.) - в качестве износостойких. КМ типа А1 - SiC (частицы) с высоким содержанием карбида, в сравнении с обычными алюминиевыми сплавами, имеют значительно меньший коэффициент терморасширения и заметно больший модуль упругости при небольшом различии плотности и теплопроводности. Изменяя ф состав такого КМ, можно, приспосабливать изделия к широкому диапазону требований для различных отраслей промышленности [3].

В настоящее время наибольшее распространение получили КМ с матрицами из алюминиевых, медных и магниевых сплавов. Наиболее популярным в настоящее время является простой бинарный композит на базе А1 с частицами SiC размером 3-40 мкм. В качестве примера такого КМ служит материал Duralcan фирмы Alcan Aluminum Corporation(CLLIA). Этот материал используется для изготовления деталей автомобилей, ф авиакосмической техники и др. Duralcan поставляется в литейные цеха в виде чушек, затем переплавляется. Отливки из такого материала могут быть изготовлены любыми способами литья [4].

Ведутся работы по получению композиций с частицами субмикронных размеров. В лабораторных условиях эта задачи уже решена. Изготовлены и изучены композиции на базе алюминия с частицами оксидов алюминия или циркония, карбидов титана, бора, циркония, ниобия, нитридов, соединений бора. Интересные результаты получены в композициях типа "металл металл": А1 - W; А1 - Mo; А1 - Cr; А1 - V; А1 - Ti; А1 - Mn; А1 - Ni; А1 - Fe и т.д., в том числе магнитный алюминий.

В России выработался подход к литым композиционным материалам не как к смеси двух или более разнородных материалов, а как к единому качественно новому материалу [5]. Этот подход основан на ряде экспериментальных подтверждений, особенно важным из которых является изменение температуры плавления и кристаллизации матрицы пропорционально числу и типу армирующих частиц или волокон. Зафиксировано изменение температуры солидуса и ликвидуса алюминиевой матрицы на десятки градусов, при этом не обнаружено заметного растворения армирующих частиц и существенного изменения химического состава матрицы [5].

Эффект зафиксирован в композициях А1 - SiC, А1 - графит, А1 - А120з, А1 - ZrB2, А1 - Zr02, А1 - TiC и т.д. Это общее для всех КМ явление, которое объясняется контактным взаимодействием армирующей фазы и матрицы, подобным взаимодействию легирующих элементов в сплавах с интерметаллическими соединениями. Чем выше концентрация частиц или волокон в сплаве, тем заметнее это явление.

Современный этап развития КМ характеризуется: приоритетным развитием литейных методов; разработкой новых модификаций способов жидкофазной технологии и соответствующего оборудования; началом более углубленного изучения явлений на границе "матричный расплав -наполнитель", в частности, с учетом внешнего давления; расширяющимся потоком работ по созданию и исследованию свойств КМ, получаемых жидкофазными методами, в особенности, КМ с алюминиевой матрицей, армированной частицами или короткими волокнами; нетрадиционным использованием КМ.

Расширение номенклатуры армирующих наполнителей, разработка и усовершенствование новых технологических приемов, попытки создания КМ не только конструкционного назначения, но и для работы в условиях трения, для размерно-стабильных конструкций и для специального применения, привело в последние годы к интенсификации работ в области КМ с л металлической матрицей (МКМ).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Композиционные материалы с металлической матрицей превосходят по своим служебным характеристикам обычные сплавы и поэтому являются перспективными материалами. Процесс получения таких материалов методами порошковой металлургии или высокотемпературным синтезом обычно требует значительных временных и энергетических-затрат, поэтому актуальна разработка новых способов получения КМ. Перспективными здесь являются литые КМ. Конечную структуру и механические свойства металлических композиционных материалов, получаемых жидкофазными методами, определяют процессы смачивания, взаимодействия на поверхностях раздела фаз и кристаллизации.

2. Для получения JIKM использовалась имеющаяся в ИМет УрО РАН оригинальная установка по воздействию на расплавы низкочастотными колебаниями с помощью поршня-излучателя. Воздействие НЧК сочетает в себе несколько механизмов физического воздействия, таких как создание вихревых потоков с высокой скоростью циркуляции, генерация периодических изменений давления в объеме расплава и возникновение кавитации при определенных геометрических соотношениях*размеров сосуда и поршня-излучателя, что приводит к активации протекающих в расплаве физико-химических процессов.

3. Показано, что воздействие НЧК на расплавы естественных КМ, способствует измельчению структурных составляющих литого сплава и равномерному распределению их по объему слитка.

Обработка расплава заэвтектического силумина Al-25%Si в жидко-твердой области измельчает первичные кристаллы кремния на порядок величины без изменения их морфологического строения. Игольчатая разноразмерная эвтектика после обработки НЧК становится более однородной.

Воздействие НЧК на расплав, модифицированный титаном, повышает модифицирующее действие Ti и приводит к измельчению первичных кристаллов кремния в несколько раз. При этом преобладающей формой становятся ограненные и близкие по размерам полиэдры.

4. Установлено, что воздействие НЧК на расплавы двух несмешивающихся жидкостей А1 и РЬ приводит к диспергированию включений свинца в алюминиевой матрице. Для получения JIKM с равномерно распределенными мелкими частицами РЬ кратковременное воздействие НЧК должно проводиться под куполом несмешиваемости. Ввиду большой разницы в плотностях А1 и РЬ выдержка расплава до его кристаллизации должна быть сведена к минимуму, а скорость кристаллизации максимально возможной.

5. Определены температурные зависимости смачиваемости корунда расплавами Al, Al-6%Si, Al-3%Mg. Показано, что растекание расплавов по а-А120з происходит только при температуре выше 1200°С. Установлено, что для обеспечения лучшей смачиваемости нужно использовать сплавы, в состав которых входят металлы, обладающие большим, чем у алюминия сродством к кислороду, при этом расплавы лучше всего растекаются по подложкам с наименьшей шероховатостью.

6. Показана возможность использования НЧК для получения JIKM А1-AI2O3 и Al-Si-SiC замешиванием а-А12Оз и SiC в расплавы А1 и Al-Si.

7. Показано, что использование предварительного кратковременного воздействия НЧК на замешиваемые в расплав смеси порошков корунда и алюминиевой пудры приводит к механохимическому активированию АЬОз и плакированию его поверхности элементом матрицы. В результате замешивания такого порошка удалось снизить температуру получения КМ с 1200°С до 1050°С

8. Определены температурные зависимости смачиваемости графита МГ-1 расплавами Al, Al-3,5%Ti и Al-12%Si. Установлено, что титан улучшает смачивание жидким алюминием графита, а кремний, напротив, несколько его тормозит. Исследован химический и фазовый состав межфазной границы и сделан вывод, что кремний предотвращает карбидизацию алюминия за счет образования на границе с графитом барьерного запирающего слоя, обогащенного кремнием и состоящего в основном из карбида кремния.

9. Показана возможность использования метода воздействия НЧК на расплавы Al-Ti для получения JIKM Al-TiC синтезом упрочняющей фазы TiC в матричном расплаве (in-situ технология). При этом карбидообразующий элемент входит в состав матричного сплава, а источником углерода является графитовый поршень-излучатель. Образование карбидов титана активируется воздействием НЧК и начинается при перегреве расплава на 200 град. Чем выше содержание титана в сплаве, тем больше процент TiCi-x в композите и тем ближе состав карбида к стехиометрическому. Образование карбидов AI4C3 и оксикарбидов А1404С происходит только после связывания всего титана в карбиды TiC. Прочностные и пластические свойства КМ А1-TiC зависят от соотношения упрочняющих фаз TiC и Al3Ti. Карбид титана повышает пластические свойства, а алюминид титана - прочностные. •

10. Изучена кинетика формирования упрочняющей фазы при ее синтезе в расплаве Al-Ti с использованием воздействия НЧК. Показано, что в i « расплавах, как при синтезе упрочняющей фазы, так и при ее замешивании протекают химические реакции, приводящие к образованию карбидов, оксидов и оксикарбидов элементов сплава.

11. Выполненные эксперименты позволяют рекомендовать метод воздействия НЧК на расплавы для получения JIKM как один из новых методов механохимической активации физико-химических процессов. Процесс получения JIKM при этом является кратковременным и одностадийным.

1. Суперсплавы: жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. В 2-х кн. / Под ред. Ч.Г. Симса, Н.С. Столоффа, У.А. Хагеля. Пер. с анг. М.: Металлургия, 1995.

2. Гаврилин И.В. Новые технологии композиционного литья / И.В. Гаврилин, А.В. Свердлин // Литейное производство. 1996. -№9. - С. 4-5.

3. Фистуль В.И. Новые материалы / В.И. Фистуль.;- М,: МИСИС, 1995.- 142с.

4. Кеннеди Д.О. Определение параметров литниковой системы для композиционных материалов / Д.О. Кеннеди, А.В. Свердлин, Дж.С. Черг // Литейное производство. 1994. - №9. - С. 15-19.

5. Матусевич А.С. Композиционные материалы на металлической основе / А.С. Матусевич. Минск: Наука и техника, 1978. - 216с.

6. Солнцев Ю.П. Материаловедение: Учебник для вузов/ Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун. М.: МИСИС, 1999. - 600с.

7. Браутман Л. Композиционные материалы/ Л. Браутман, Р. Крок. Под ред. А. Меткалф: Пер. с англ. М.: Мир, 1978. -Т. 1. - 437с.

8. Курц В. Направленная кристаллизация эвтектических материалов / В. Курц, П.Р. Зам. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1980. - 270с.

9. Таран Ю.Н. Структура эвтектических сплавов/ Ю.Н. Таран. М.: Металлургия, 1978.-310с.

10. Сомов А.И. Эвтектические композиции/ А.И. Сомов, М. А. Тихановский. М.: Металлургия, 1975. - 280с.

11. Аксенов А.А. Металлические композиционные материалы получаемые жидкофазными методами / А.А. Аксенов // Известия вузов. Цветная Металлургия. 1996. - №2. - С. 34.

12. Фроммейер Г. Металлические композиционные материалы. Физическое металловедение / Г. Фроммейер. Под ред. Р. У. Кана, П. Хаазеиа Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. - Т. 2. - 624с.

13. Карпинос Д.М. Новые композиционные материалы / Д.М. Карпинос, Л.И. Турчинский, JI.P. Вишняков. Киев: Вища школа, 1977, -312с.

14. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле / О.В. Абрамов. -М.: Металлургия, 1972. 256с.

15. Пупырин В.П. О стабильности жидких металлических систем, содержащих дисперсную окисную фазу / В.П. Пупырин, В.В. Панин Под ред. Г.И. Погодина-Алексеева // Ультразвук в машиностроении. Синтетические дисперсные сплавы. М.: ЦНИИПИ, 1969, - 293с.

16. К вопросу всплывания неметаллических включений из жидкой стали / В.О. Ефимов и др. // Доклады Академии наук АН УССР, 1966, -№9, С. 1162-1165.

17. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. Киев: Наукова Думка, 1972, - 196с.

18. Кнюпель Г. Всплывание (оседание) частиц в расплаве под действием механического воздействия / Г. Кнюпель, К. Броцман, Н. Ферстер // Черные металлы. 1965, №11- С. 23.

19. Смолуховский В.А. Коагуляция коллоидов / В.А. Смолуховский. М.: ОНТИ НКТП, 1936, - 296с.

20. Гаврилов В.М. Некоторые особенности создания синтетических дисперсных сплавов / В.М. Гаврилов, В.В. Панин, Г.И. Погодин-Алексеев Под ред. Погодина-Алексеева Г.И // Ультразвук в машиностроении. Синтетические дисперсные сплавы. М.: ЦНИИПИ, 1969, - 293с.

21. Турчинский Л.И. Композиционные материалы, полученные методами пропитки / Л.И. Турчинский. М.: Металлургия, 1988, - 208с.

22. Шалин Р.Е. Получение металлических КМ методами пропитки / Р.Е. Шалин, А.А. Зоболодский // Литейное производство. 1993. - №4. - С. 8-13.

23. Шумрихин B.C. Композиционные сплавы на основе алюминия / B.C. Шумрихин, А.К. Билецкий, А.А. Щерецкий // Литейное производство. -1992.-№9.-С. 13-14.

24. In-situ of A1N reinforced Aballoy composites from ammonia / Zheng Qingjun et al. // JOM 2000. - V.52, №11.- P.53.

25. Амосов А.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) / А.П. Амосов // Литейное производство. 1997. - № 8-9. - С. 17.

26. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин. Самара: СамГТУ, 1995. - 248с.

27. Гаврилин И.В. САМ-процесс метод композиционного литья / И.В. Гаврилин // Литейное производство. - 1996. - №2. - С. 120-121.

28. Syntliesis and characterization of in-situ Al-TiB2 metal matrix composites / M. Cyakraborty et al. // Scanning, 2001, - №9, С. 1162-1165

29. Телицин И.И. Заявка на изобретение №4136144/23-02 Устройстводля обработки расплава низкочастотными колебаниями. 1987.

30. Математическое моделирование механики движения расплава под воздействием упругих колебаний / И.Э. Игнатьев и др. // VII Российский семинар "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов": сб. тр. Курган, 2004. С. 23-25.

31. Математическое моделирование движения жидкости в цилиндрическом сосуде, возбуждаемое поршнем-вибратором / И.Э. Игнатьев и др. // Расплавы. 2005. - №6. - С.З.

32. Изобретение № 2005103890 приоритет от 14.02.2005. Способ получения композиционных сплавов и устройство для его осуществления/ Ю.В. Концевой и др..

33. Изобретение № 2005107393 приоритет от 16.03.2005. Способ обработки расплава и устройство для его осуществления / Ю.В. Концевой идр..

34. Влияние бора на поверхностное натяжение никеля / Ф.Н. Тавадзе и др. // Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. Киев: Изд. АН УССР, 1963. - 391с.

35. Физико-химические методы исследования металлургических процессов / П.П. Арсентьев и др.. М.: Металлургия, 1988. - 94с.

36. Физическая химия неорганических материалов / В.Н. Еременкои др.. Киев: Наукова Думка, 1988. - Т. 2. -32с.

37. Изменение структуры силуминов воздействием на их расплавы акустической кавитацией и жидкими солями / JI.E. Бодрова и др. // Расплавы. 2004. - №4. - С.62.

38. Ватолин Н.А. Дифракционные исследования высокотемпературных расплавов / Н.А. Ватолин, Э.А.Пастухов. М.: Наука, 1980.- 188с.

39. Патент РФ №2094514. Способ модифицирования силуминов/ Казанцев Г.Ф. и др.. 1997.

40. Эскин Г.И. Ультразвуковая обработка расплавленногоуалюминия. Изд. 2-е перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1988. -232 с.

41. Использование низкочастотной акустической кавитации для смешения расслаивающихся расплавов цинк-свинец / И.И. Телицин и др. //. Доклады Академии наук. 1992. - Т. 322, №5, - С.899-901.

42. Справочник. Металлы и сплавы / В.К. Афонин и др.. Под ред. Ю.П. Солцева. СПб.: АНО НПО "Мир и Семья", 2003. - 1090с.

43. Evans A. Metal Matrrix Composites in Industry: An Introduction / A. Evans, C. San Marchi, A. Mortensen. Boston: Kluwer Acad. Publ., 2003.

44. Kevorkijan V. Aluminum Composites for Automotive Applications: A Global Perspective / V. Kevorkijan // JOM. 1999. - V. 11. - P. 54-58.

45. Modling O.T. Processing and Properties of Particle Reinforced Al-SiC MMCs / O.T. Modling, O. Grong // Key Engineering Materials. 1995. - V. 104-107.-P. 329-355.

46. Абрамов O.B. Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые металлы / О.В. Абрамов. М.: Наука, 2000. - 312с.

47. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л.Ф. Мондольфо. М.: Металлургия, 1979. - 640с.

48. Миссол В. Поверхностная энергия раздела в металлах / В. Миссол. -М.: Металлургия, 1978. 176с.

49. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание / А.Д. Зимон. М.: Химия, 1974. -416с.

50. Сумм Б.Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б.Д.Сумм, Ю.В. Горюнов. Химия, 1976. 232с

51. Еременко В.Н. Поверхостные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии / В.Н. Еременко и др. //. Киев; Академия наук УССР, 1963.-457с.

52. Арон Я. Б. Об ограниченной применимости правила Неймана к краевым углам смачивания / Я. Б. Арон, Я. И. Френкель // Журнал экспериментальной и теоретической физики. Т. 20, N 5. - С. 453-457.

53. Ребиндер П.А. Исследования в области прикладной физико-химии поверхностных явлений / П.А. Ребиндер, М.Е. Липец, М.М. Римская. -М.-.ОНТИ, 1936.

54. Дерягин Б. В. О влиянии поверхностных сил на фазовые равновесия полимолекулярных слоев и краевой угол смачивания / Б. В. Дерягин, Л. М. Щербаков // Коллоидный журнал. 1961. - Т. 23, N 1. - С. 40

55. Щербаков JI. М. К вопросу о краевом угле малых капель / Л. М. Щербаков, П. П. Рязанцев // Журнал физической химии. 1960. - Т. 34, N 9. -С. 2120-2122.

56. В. Frisch, Е. Hargarter. Berichte d. Deutsch Keram. Glesel, 1963, 40(8), 460.

57. Панасюк А.Д. Смачивание материалов AIN-AI2O3 жидким алюминием / А.Д. Панасюк, А.Б. Белых //Адгезия расплавов и пайка материалов.- 1983.-№10.-С.52-54.

58. Элиот Д.Ф. Термохимия сталеплавильных процессов / Д.Ф. Элиот, М. Глейзер, В. Рамакришна. М.: Металлургия, 1969. - 252 с.

59. Пермикова Н.М. Исследование способов получения а-АЬОз с целью изготовления спеченых корундовых изделий: канд. дисс. -Свердловск, 1978.

60. Коттон Ф. Современная неорганическая химия / Ф. Коттон, Дж Уилкинсон. М.: Мир, 1969. -4.2. - 286 с.

61. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л.Ф. Мондольфо. М.: Металлургия, 1979. - 640с.

62. Адаменко Б.Г. Фазовые превращения в у-окиси алюминия при воздействии ударных волн / Б.Г. Адаменко, Л.М. Тамбовцев // ВНИИ ОФИ: сб.тр. М.: изд. ВНИИ ОФИ. 1979, - №44(74). - С. 162.

63. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов / Е.Г. Авакумов. Новосибирск: Наука СО РАИ. 1979. - 254 с.

64. Формирование упрочняющих фаз при получении литого композиционного материала замешиванием корунда в А1-расплав при воздействии на него низкочастотными колебаниями / Л.Е. Бодрова и др. //

65. Новые перспективные материалы и технологии их получения: сб. научн. тр. междунар. конф. Волгоград, 2004. - Т. I. - С. 38.

66. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями / Т. А. Чернышева и др.. СПб.: Наука, 1993. - 272с.

67. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справ, изд. /Альтман М.Б. и др.. -М.: Металлургия, 1983. - 352с.

68. Панфилов А.В. Литые композиционные материалы, армированные тугоплавкими дисперсными частицами / А.В.Панфилов // Литейное производство. 1993. - №6. - С. 15-17.д' ^

69. Композиционные материалы AI2O3/AI с совместимой поверхностью раздела при легировании матрицы / Li Douxing и др. //Acta met. sin. 2002. -№6, С.602-608.

70. CRC Handbook of Chemistry, Physics: 74h Edition and CRC Press. -1992.-P. 4.

71. Аксенов А.А. Использование диаграммы состояния системы als sis с для анализа фазовых превращений в композиционных материалах на основе алюминия / А.А. Аксенов, Н.А. Белов, С.В. Медведева // Известия вузов. Цветная Металлургия. 2001. № 1. - С. 18.

72. Карбидообразование при кавитационном воздействии на расплавы Al-Ti для получения композитов / А.В. Долматов и др. // Технология металлов. 2004. -№10. С. 24-26.

73. Федоров В.Б. Углерод и его взаимодействие с металлами / В.Б. Федоров, М.Х. Шоршоров, Д.К. Хакимова. М.: Металлургия, 1978. - 208с.

74. Костиков В.И. Композиционные материалы на основеалюминиевых сплавов, армированных углеродными волокнами / В.И.i

75. Костиков, А.Н. Варенков. М.: Интермет инжиниринг, 2000. - 445с.

76. Еременко В.Н. Кинетика взаимодействия пирографита с жидким алюминием / В.Н. Еременко, Я.В. Натанзон, В.Я. Петрищев // Адгезия расплавов. Киев: Наукова Думка, 1974. - 164с.

77. Металлография цветных металлов и сплавов / Мальцев М.В. и др.. М.: Металлургия, 1960. - 370с.

78. Крушенко Г.Г. Упрочнение Частиц AI3T1 в алюминиевых композиционных материалах / Г.Г. Крушенко, Б.А. Балашов // Литейное производство. 1995.-№10.-С. 16-17.

79. Температурные зависимости приведенной энергии Гиббсанекоторых неорганических веществ / Г.К. Моисеев и др. // Альтернативный банк данных ACTPA.OWN. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. - 230с.

80. Макаренко А.Г. Термодинамический анализ процесса СВС при получении композиционных алюминиевых сплавов / А.Г. Макаренко, В.И. Никитин, Е.Г. Кандалова//Литейное производство. 1999,-№1. -С.З8-39.

81. Панфилов А.В. Разработка технологий получения и синтез новых композиционных материалов системы Al-TiB2-TiC-Al3Ti-SiC / А.В. Панфилов, А.В. Смирнова, А.А. Панфилов // VI съезд литейщиков России: тр. съезда. Екатеринбург, 2003. - С.269-271.

82. Новый способ получения литых композитов Al-TiCx / А.В. Киселев и др. // I Всероссийская школа конференция "Молодые ученыеновой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность": тез. докл. Иваново, 2005. - С. 174-176.

83. Самсонов Г.В. Физическое материаловедение карбидов / Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпор B.C. Киев: Наукова думка, 1974. -456с.