Изучение физических свойств нанокомпозита Al + Al₂O₃, полученного интенсивной пластической деформацией с использованием импульсного магнитного поля

С помощью метода электрического взрыва алюминиевой проволоки получены слабоагрегированные порошки состава Al + Al₂O₃, где количество оксида варьировалось от 5 до 24% вес. Важной особенностью получаемых таким методом металлических частиц порошка алюминия является образование на их поверхности оболочки толщиной от 2 до 5 нм из оксида алюминия в аморфном состоянии, который защищает частицу от дальнейшего окисления. В результате изучения прессуемости таких порошков в разных режимах импульсной нагрузки (изменялись амплитуда импульсного давления, температура и направление прессования) определены оптимальные маршруты прикладывания импульса давления для реализации режима однократной динамической пластической деформации (ДПД). Реализован режим многократной ДПД на одноосном магнитно-импульсном прессе в матрице с каналом квадратного сечения 10 × 10 мм, для чего спрессованый брикет ставился на ребро и проводилось повторное прессование (аналогия – «месить тесто»). Исследованы плотность, микротвердость, модуль упругости, ползучесть, предел прочности, теплостойкость, КТР, удельное электросопротивление, микроструктура полученных композитов и зависимость этих характеристик от состава порошка и режима импульсного воздействия (степени деформации материала). В результате анализа обнаружена корреляция механических свойств ММК от его плотности и состава исходной порошковой смеси. На основе комплексного исследования механических свойств ММК можно сделать вывод, что увеличение плотности композита и количества оксидной фазы в исходном порошке приводит к увеличению его механических характеристик. При этом лучшими механическими характеристиками (относительная плотность – 96%, микротвердость – 1,5 ГПа, модуль упругости – 47 ГПа, ползучесть – 283 нм) обладает композит, полученный динамической интенсивной пластической деформацией низкоплотной прессовки при температуре 400ºС. При этом степень деформации (или коэффициент вытяжки, определяемый как отношение конечной длины образца к начальному) составила 2,9, а микротвердость деформированного материала примерно в 3 раза превышала микротвердость чистого алюминия с сохранением до 70% своих свойств при нагреве до 300ºС. Установлено, что из-за разницы в КТР Al и Al₂O₃ нагрев композита в процессе динамической деформации способствует разрушению присутствующих в исходном порошке непроводящих оксидных оболочек. Для образца с максимальной степенью деформации при 400ºС удельное сопротивление составляет порядка 0,050 мОм · см, что уже сопоставимо с удельным сопротивлением чистого алюминия 0,025 мОм · см. Повышение температуры деформации с 20 до 400ºС приводит к изменению формы зерен со сферической до многогранной (со средним масштабом ~100 нм), что свидетельствует о завершенности процесса формирования межзеренных границ с образованием металлических контактов определенной площади.