Новый подход к созданию алюмоматричных композитов с улучшенными механическими свойствами за счёт направленного регулирования состава поверхности и структурной организации дисперсной фазы (заключительный)

В результате работы была разработана методика получения композитного материала с равномерным распределением частиц дисперсной фазы (алюминий-керамика; керамика-металл, Al/SiC, Al/TiC) в объёме матрицы алюминия с помощью SLS технологии (мощность лазера, соотношение матрица -дисперсная фаза). Процесс получения лабораторных образцов металлический композиционный материала включает 4 стадии. 1) Синтез частиц ядро-оболочка (Al@нанослои TiC/Fe). 2) Стандартизация порошка алюминия. 3) Смешение АСП-50 с дисперсной армирующей фазой, проводят в соотношении: 100; 97:3; 95:5. 4) Изготовление объёмного образца алюмоматричного композита проводили на установке SLM Solutions SLM 280 HL. SLM Solutions SLM 280 HL. Полученный образец подвергают термической обработке в муфельной печи для снятия возникших в материале напряжений. В работе был создан материал с возможностью направленного регулирования механических свойств, разным соотношением матрицы алюминия и дисперсной фазы. Изучена структура и фазовый состав получаемых композитов. Синтезирован порошок структуры «ядро-оболочка» состава Аl @TiC. На поверхности микронных частиц алюминия синтезируются карбидные наноструктуры толщиной 2 нм. Синтезирован порошок структуры «ядро-оболочка» состава Аl @TiC/Fe . На поверхности микронных частиц алюминия синтезируются карбидные наноструктуры и внешняя оболочка из железа толщиной 5 нм. Образцы, полученные методом СЛП, были изучены методом электронной микроскопии. На границе зерен алюминия, спечённых в единый материал, были обнаружены поры шарообразной формы, размером от 10 нм до 1 микрона, что может указывать на низкую смачиваемость порошка. Параметр смачиваемости важен, поскольку при низкой смачиваемости печать детали будет происходить с существенными дефектами. Для образцов армированных порошком Аl @TiC /Fe в массовых долях составивших 3% и 5% нанометровые и микронные поры не обнаружены. Исследования образцов с помощью рентгенофазового анализа алюмоматричного композита показало отсутствие фазы карбида алюминия. Образцы, армированные частицами карбида титана с внешней оболочкой из метала (железо, никель), показали превышение предела прочности образцов чистого алюминия в полтора и два раза и снижение пластичность с ростом содержания в образце армирующей фазы. Использование частиц типа ядро-оболочка позволяет избежать негативного влияния дисперсной армирующей фазы на прочностные характеристики изучаемых материалов. Для армирующих фазы TiC/Ni и Аl@TiC /Fe существенно снижается вероятность образования агрегатов внутри матрицы, увеличивается адгезия матрицы к поверхности армирующей частицы и увеличивается смачиваемость, что так же положительно сказывается на стабилизации армирующих дисперсных фаз в алюминиевой матрице. Наблюдаемые закономерности в изучении кривых разрушения изучаемых образцов материалов армированных дисперсными фазами, позволяют утверждать, что SLM технология, для подобных систем предпочтительнее, чем классические методы изготовления (прессование с последующим спеканием). Высокие пределы прочности и текучести, позволяют говорить о высоких перспективах использования подобных дисперсных систем для изготовления изделий методом SLM. В работе разработаны научные основы создания композиционного материала с помощью SLS технологии на основе порошка алюминия армированного порошком частиц ядро-оболочка и керамических нанострктур с улучшенными механическими свойствами на основе обобщения экспериментальных данных и верификации механических свойств. Для достижения более высоких параметров механических свойств проведена модификация армирующей фазы с образованием структур типа «ядро-оболочка». Одним из вариантов является модификация исходного порошка алюминия армирующими карбидными наноструктурами. Вторым вариантом модификации является покрытие массивных керамических (карбидных) армирующих частиц оболочкой из металла или оксида, для увеличения смачиваемости данных частиц. В нашей работе проводилось исследования по возможности армирования двух типов порошков структуры «ядро-оболочка». Проведен анализ применимости известных механизмов упрочнения, обычно используемых для моделирования наблюдаемого в экспериментах упрочнения металломатричных композитов. В результате проведенного анализа выяснено, что основным механизмом, дающим заметный вклад в упрочнение металломатричного композита, является механизм Холла-Петча-Зенера, когда наноразмерные армирующие частицы, появляющиеся в результате разрушения карбидной оболочки дисперсионных частиц Al-TiC/Fe при прохождении лазерного луча, могут садится на границы зерен матрицы при переходе из жидкой фазы в твердую и препятствовать их слиянию. Проведена оценка вклада этого механизма в упрочнение металломатричного композита при трех- и пятипроцентном армировании алюминиевой матрицы дисперсными частицами ядро-оболочка Al-TiC/Fe . Полученные по предложенной модели теоретические результаты коррелируют с наблюдаемыми в эксперименте.