Теоретичні та технологічні основи одержання литих заготовок із композиційних матеріалів на основі алюмінію та цирконію з дисперсними частинками - Автореферат

Національна академія наук УкраїниАвтореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Робота виконана в Фізико-технологічному інституті металів та сплавів Національної Академії Наук України Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Шуміхін Володимир Сергійович, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, завідувач відділу. Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кірієвський Борис Абрамович, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, старший науковий співробітник; Вернадського 34/1, З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України за адресою: 03680 м.Тому дослідження закономірностей взаємного впливу армуючих елементів і матричного сплаву на властивості КМ, включаючи розробку методів оцінки та прогнозування взаємодії фаз, створення наукових і технологічних засад конструювання литих композиційних матеріалів має велике наукове і практичне значення та є актуальною науковою проблемою. Дисертаційна робота виконана у відділі фізико-хімії сплавів Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України у відповідності з наступними планами науково-дослідних робіт: тема №388 “Дослідження процесів взаємодії рідких багатокомпонентних сплавів з активними добавками і розробка перспективних методів одержання сплавів з мікрогетерогенною структурою” (№ державної реєстрації 0197U004812), тема №456 “Розробка складу і технології одержання сплавів в аморфному та нанокристалічному стані при низьких швидкостях охолодження, дослідження їх фізико-механічних і спеціальних властивостей” (№ державної реєстрації 0100U003560), тема №499 “Розробка складу і методів одержання нових композиційних матеріалів для поверхневих шарів та виробів, що працюють в екстремальних умовах” (№ державної реєстрації 0102U005225), тема №501 “Створення теоретичних основ та технологічних методів підвищення об?ємних і поверхневих властивостей литих виробів з чорних та кольорових сплавів” (№ державної реєстрації 0102U006822). Для досягнення поставленої мети були сформульовані та вирішені такі задачі: · розробити достовірний кількісний термодинамічний метод оцінки взаємодії фаз в процесах одержання литих заготовок із дискретно армованих композиційних матеріалів на металевій основі та провести системний термодинамічний аналіз міжфазних процесів в перспективних системах: сплав на основі алюмінію - дисперсні частинки (C, SIC, TIB2, B4C, BN, TIC, ALB2, ALN); · розробити оптимальні технологічні параметри одержання литих заготовок із композиційних матеріалів з високим вмістом дисперсних частинок (до 60 % обємної частки) методом примусового вакуумного просочування та з низьким вмістом дисперсних частинок (до 5 % обємної частки) лігатурним методом; Проведено системний термодинамічний аналіз міжфазних процесів у системах: ливарний сплав на основі алюмінію - дисперсні частинки (C, SIC, TIB2, B4C, BN, TIC, ALB2, ALN, Al2O3, SIO2); встановлені механізми та закономірності впливу легуючих елементів на характер та інтенсивність взаємодії дисперсної фази з матричним розплавом; встановлено вплив армуючих елементів на температурні параметри (Тл, Тс) та фазовий склад композиційних матеріалів.Міжфазна взаємодія в таких складних гетерогенних системах, як композиційні матеріали з дисперсними частинками, в основному визначається: природою армуючої фази, складом сплаву основи, температурними режимами одержання та наявністю легуючих елементів і домішок та ін. Результати розрахунків приведені в таблиці 1, де Тс, К - температура солідус, Тл, К - температура ліквідус, Ту, К, (Al4C3) - температура початку можливого утворення карбіду алюмінію (температура, при якій енергія Гіббса для фази Al4C3 набуває відємного значення), [Al4C3]500, % - вміст карбіду алюмінію в сплаві в ат. Таким чином, для КМ сплав на основі алюмінію - карбід кремнію встановлено: 1) метали, які розчиняються в алюмінію, або утворюють з ним інтерметаліди, практично не впливають на міжфазну взаємодію в цій системі; 2) легуючі елементи, які будучи введені в алюмінієво-кремнієвий розплав утворюють хімічні сполуки з кремнієм, посилюють взаємодію карбіду кремнію з алюмінієм за рахунок зменшення активності кремнію в розплаві; Проведено термодинамічний аналіз міжфазної взаємодії захисних металевих покриттів (Nb, Ta, Mo, W, Cr, Ni, Cu) на дисперсних частинках з розплавами на основі алюмінію, досліджено основні закономірності та показано, що використовувати легкорозчинні в алюмінієвих розплавах покриття, такі, як на основі міді, нікелю та інших металів, недоцільно для КМ на основі сплавів, які не містять кремнію.

Основний зміст дисертації