Разработка металломатричных композиционных материалов с армирующими металлическими и керамо-металлическими элементами

Объектом исследования являются металломатричные композиционные материалы с армирующими металлическими и керамо-металлическими элементами. Цель работы – получение модельного металломатричного материала с керметным (Ti-C, Ti-B) и интерметаллидным слоем (Ni-Al), в том числе содержащим металлические волокна, и определение оптимальных режимов инициирования порошковой системы при ударно-волновом и термическом воздействии. В процессе работы проводились экспериментальные исследования процесса воспламенения смеси Ni–Al, инициируемости порошковых составов Ti-C, Ti-2B и Ni-Al при ударно-волновом нагружении, условий реализации синтеза NiAl при тепловом взрыве, получения металломатричных композиционных материалов с армирующими металлическими и керамо-металлическими элементами Ti+NiAl+Ti и Ti+(TiB2+10/20%Ni) +Ti, а также Ti+NiAl-V-B+Ti, Ti+(TiB2+10/20%Ni)-V-W+Ti. Экспериментально показана возможность реализации синтеза материала из порошковых смесей Ti–2B–10%/20%Ni и Ni–Al в условиях ударно-волнового нагружения. Продукты синтеза представляют собой зерна карбида либо диборида титана, распределенные в никелевой связке. В результате исследования впервые были созданы металломатричные композиционные материалы с армирующими керамо-металлическими элементами Ti+((Ti+2B)+20%Ni)+Ti, в том числе с борными, вольфрамовыми и ванадиевыми волокнами. Теоретически исследовано влияние режимов ударно-волнового нагружения и термической обработки на инициируемость и фазовый состав слоистых металломатричных композиционных материалов. Теоретически и экспериментально доказано, что при скорости стального ударника не менее 1500 м/с происходит инициирование реакции в Ti–2B–10%/20%Ni независимо от исходных параметров порошка (дисперсность реагентов, способ смешения). При использовании матрицы и ударника из титана установлено, что синтез порошковых систем Ti–2B–10%/20%Ni и Ni–Al происходит при скорости метания ударника 478 м/с, что связано с процессом горения титана при его высокоскоростном метании. Граница соединения NiAl с матрицей и ударником из титана имеет волнообразную форму, характерную для сварки металлов взрывом. Одним из факторов разрушения соединения между NiAl и титановой матрицей, а также титановым ударником является давление выделяющихся газов во время синтеза Ti–2B–10%/20%Ni или NiAl внутри металломатричных композиционных материалов, и различный коэффициент температурного линейного расширения синтезируемых систем и Ti. Результаты анализа СЭМ границы соединения между армирующим элементом из ванадия и NiAl показали, что фазовый состав соединения стабилен по всей длине синтезированного образца. Определено, что после термической обработки микротвердость диффузионного слоя никеля в ванадии повышается в 2 раза (составляет 1500-1700 HV), а микротвердость не вступившего в реакцию ванадия повышается в 5…7 раз (1100-1500 HV). Таким образом, наличие армирующих элементов в интерметаллиде повышает его прочность.