Получение алюмоматричного композиционного материала, модифицированного наноструктурным кубическим нитридом бора

Проведено исследование структуры и микротвердости алюминиевого сплава с добавками наноструктурного кубического нитрида бора (cBN) после обработки в условиях высоких давлений и температур. В качестве наполнителя применяли наноструктурный порошок сBN с размером первичных частиц в пределах 50–200 нм. Для повышения химического сродства наноструктурного cBN к алюминиевой матрице проведено предварительное химико-термическое модифицирование наноструктурного cBN, заключавшееся в его высокотемпературной обработке (отжиге) в диапазоне температур 750–950 °С в среде алюмосодержащих соединений. Показано, что модифицирование наноструктурного нитрида бора алюминием способствует прочности удержания наполнителя в алюминиевой матрице. При этом увеличение в шихте концентрации наполнителя BN от 1,5 до 5 мас.%, а также повышение температуры обработки при фиксированном давлении способствует возрастанию микротвердости материала в 1,5– 2 раза по сравнению с базовым алюминиевым сплавом без добавок модификатора. Повышение концентрации BN  до 5 мас.% приводит к увеличению в материале доли более мелких конгломератов частиц (1–5 мкм), уменьшению размеров крупных включений до 10–20 мкм, при этом распределение включений из частиц BN в алюминиевой матрице более равномерное по сравнению с материалом, содержащим 1,5 мас.% cBN. С ростом температуры до 1000 оС в материале происходит рекристаллизация cBN в агрегатах с образованием его отдельных монокристаллических (поликристаллических) частиц размерами 1–10 мкм, обладающих огранкой, характерной для микрочастиц cBN.

1. Марукович, Е. И. Модифицирование сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко. – Минск: Беларус. навука, 2009. – 192 с.

2. О модифицировании литых алюмоматричных композиционных материалов тугоплавкими наноразмерными частицами / Т. А. Чернышова [и др.] // Металлы. – 2009. – № 1. – С. 79–87. https://doi.org/10.1134/S0036029509010121

3. Модифицирование материалов и покрытий наноразмерными алмазосодержащими добавками / П. А. Витязь [и др.]; под общ. ред. П. А. Витязя. – Минск: Белорус. наука, 2011. – 522 с.

4. Аспекты создания наноструктурированных композиционных модификаторов для сплавов алюминия / П. А. Витязь [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2011. – Т. 55, № 5. – С. 91–96.

5. Трибологические свойства поршневого сплава, армированного микро­ и ультрадисперсными керамическими частицами / А. Т. Волочко [и др.] // Трение и износ. – 2011. – Т. 32, № 2. – С. 183–191. https://doi.org/10.3103/S1068366611020127

6. Новые технические решения при создании композитов на основе эвтектических силуминов / А. И. Комаров [и др.] // Инновации в машиностроении: сб. науч. тр. 3­й Междунар. науч.­техн. конф. ОИМ НАН Беларуси, Минск, 30–31 окт. 2008 г / Объедин. машиностр. ин­т НАН Беларуси; редкол.: М. С. Высоцкий [и др.]. – Минск, 2008. – С. 459–463.

7. Научно­технические основы применения процессов СВС для создания литых алюмоматричных композиционных сплавов, дискретно армированных наноразмерными керамическими частицами / А. П. Амосов [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2013. – №. 8. – С. 3–10.

8. Применение процессов СВС для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана: обзор / А. П. Амосов [и др.] // Изв. высш. учеб. заведений. Цвет. металлургия. – 2016. – № 1. – С. 39–49. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-1-39-49

9. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение / П. А. Витязь [и др.]; под общ. ред. П. А. Витязя. – Минск: Белорус. наука, 2013. – 381 с.

10. Formation of aluminum-schungite composite material under pressure / P. A. Vityaz [et al.] // Eurasian Phys. Tech. J. – 2016. – Vol. 13, № 1 (25). – P. 35–39.

11. Спекание в условиях высоких давлений алюмоматричных композитов, модифицированных шунгитовым углеродом и корундом / П. А. Витязь [и др.] // Вестн. науки и образования Северо­Запада России. – 2015. – Т. 1, № 1. – С. 55–65.

12. Голубев, А. С. Нитрид бора. Структура, свойства, получение / А. С. Голубев, А. В. Курдюмов, А. Н. Пилянкевич. – Киев: Наук. думка, 1987. – 200 с.

13. Витязь, П. А. Синтез и применение наноструктурных сверхтвердых материалов инструментального назначения / П. А. Витязь, В. Т. Сенють // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.­тэхн. навук. – 2015. – № 3. – С. 60–76.

14. Исследование структурных особенностей нитрида бора после механоактивации в аттриторе и планетарной мельнице с последующим спеканием в условиях высоких давлений и температур / В. Т. Сенють [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2016. – Т. 24, № 2. – С. 169–175. https://doi.org/10.15372/KhUR20160208

15. Витязь, П. А. Наноструктурные композиционные материалы инструментального назначения на основе кубического нитрида бора / П. А. Витязь, В. Т. Сенють, В. И. Жорник // Перспективные материалы и технологии: в 2 т. / А. В. Алифанов [и др.]; под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: Беларусь, 2017. – Т. 2. – Гл. 14. – С. 254–277.

16. Встовский, Г. В. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов / Г. В. Встовский, А. Г. Колмаков, И. Ж. Бунин. – Ижевск: Науч.­изд. центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 116 с.

17. Технологии конструкционных наноструктурных материалов и покрытий / П. А. Витязь [и др.]; под общ. ред. П. А. Витязя, К. А. Солнцева. – Минск: Белорус. наука, 2011. – 283 с.

18. Колмаков, А. Г. Использование положений системного подхода при изучении структуры, особенностей пластической деформации и разрушения металлов / А. Г. Колмаков // Металлы. – 2004. – № 4. – С. 98–107.

19. Особенности деформации и разрушения композиционного материала на основе высокопрочной мартенситно­ стареющей стали с быстрозакаленным поверхностным слоем из сплава Co69Fe4Cr4Si12B11 / М. А. Севостьянов [и др.] // Деформация и разрушение материалов. – 2010. – № 3. – С. 28–35.

20. High pressure sintering of aluminum­matrix composites modified with shungite carbon and corundum [Electronic resource] / P. A. Vityaz [et al.] // ЕРМА. Lightweight MMCs. Proceedings. 2016. – P. 3296211­1–3296211­6. – Mode of access: https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/world-pm2016-lightweight-mmcs – Date of access: 15.10.2017.

21. Анализ минералов шунгита на микро­ и мезоструктурных уровнях после обработки в условиях высоких температур и давлений / А. Г. Колмаков [и др.] // Изв. высш. учеб. заведений. Химия и химическая технология. – 2013. – Т. 56, вып. 5. – С. 23–26.