WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Тарасов Петр Петрович

ПРОЦЕССЫ ЖИДКОФАЗНОГО СПЕКАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

05.16.06 – Порошковая металлургия и композиционные материалы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Пермь – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет им.М.К.Аммосова».

Научные руководители:  - кандидат физико-математических наук, доцент

Романов Георгий Николаевич

                              - кандидат физико-математических наук, доцент                         Сыромятникова Айталина Степановна

Официальные оппоненты:  - Оглезнева Светлана Аркадьевна,

доктор технических наук, доцент кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (г.Пермь)

- Винокуров Геннадий Георгиевич,

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий сектором Института физико-технических проблем им. В.П.Ларионова Сибирского отделения РАН (г.Якутск)

Ведущая организация:  Открытое Акционерное Общество «Пермский

научно-исследовательский технологический институт» (ОАО «ПНИТИ», г.Пермь)

Защита состоится «15» июня 2012 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.188.02 при Пермском национальном исследовательском политехническом университете по адресу: 614990, г.Пермь, Комсомольский просп., 29, ауд.423б. E-mail:usu@pstu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Автореферат разослан «12» мая 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.188.02

д.т.н., профессор                                 Е.А.Кривоносова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Создание новых поколений функциональных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками является важнейшей задачей современного материаловедения. Одним из перспективных его направлений является порошковая металлургия. При этом для получения материалов различного фазового состава широко используется способ спекания спрессованных из смесей порошков с участием жидкой фазы.

Во всем мире большое внимание уделяется порошковой металлургии алюминия и его сплавов. По масштабам добычи и применения алюминий занимает после железа второе место. Однако уровень промышленного развития порошковой металлургии алюминия отстает от уровня, достигнутого порошковой металлургией не только железа, но и меди, а также некоторых других металлов. Причиной такого отставания являются значительные технологические трудности изготовления изделий из порошков алюминия.

Порошковая технология позволяет получать высокоплотные конструкционные, пористые проницаемые, антифрикционные материалы на основе алюминия и его сплавов.

Широкое распространение при изготовлении порошковых алюминиевых сплавов получил метод «активированного» спекания, заключающийся в введении в шихту элементов, способствующих уплотнению заготовок при спекании благодаря появлению в них жидкой фазы, образующейся в результате контактного плавления. Легирование, обусловленное введением таких добавок, также способствует повышению физико-механических характеристик сплавов в спеченном и, особенно, термообработанном состояниях. «Активированное» спекание, при котором появление жидкой фазы должно способствовать процессу усадки, в некоторых случаях приводит к противоположному результату - повышению остаточной пористости спеченных тел. Влияние второй компоненты на объемные изменения оказалось более сложным, чем предполагалось.

В связи с этим особую актуальность приобретает изучение процессов, происходящих при жидкофазном спекании, их вклад в объемные изменения порошковых тел с взаимодействующими компонентами. Исследование процессов спекания алюминия с добавками порошков переходных металлов представляется научной проблемой, тесно связанной с практической задачей создания нового поколения композитов на основе алюминия

Связь работы с научными программами, планами, темами

Работа выполнена в соответствии с научными темами и программами, проводимыми в ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет»:

«Разработка физических основ создания материалов с заданными свойствами методами порошковой металлургии». Госбюджетная работа МО РФ ЕЗН 1991-1996; 1996-2000 гг.; «Развитие новых представлений физики спекания и разработка на его основе новых спеченных материалов из легких сплавов для эксплуатации в условиях Крайнего Севера». Грант РФФИ-Арктика (2000-2002 гг); «Разработка технологии утилизации отходов добычи алмазов и золота в порошковой и миниметаллургии». Программа МО РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»; подпрограмма 202 «Новые материалы», раздел 202.04 «Металлы и сплавы со специальными свойствами», 2003 г.; «Физико-технические проблемы переработки алмазного сырья». Научная программа МО РФ «Федерально-региональная политика в науке и образовании», раздел «Научно-технический мониторинг современных технологий добычи, переработки и обогащения полезных ископаемых», 2003-2004 гг.; «Физико-технические проблемы переработки алмазного сырья». Грант № 2.1.1-3669-РНП на 2006 – 2008 гг.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является изучение закономерностей  процесса жидкофазного спекания порошковых тел на основе алюминия и переходных металлов и их применение для получения алюминиевых сплавов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • Установление закономерностей  жидкофазного спекания порошковых тел системы алюминий - переходной металл в зависимости от концентрации компонентов и температуры спекания.
  • Изучение физических основ роста и усадки порошковых тел системы алюминий - переходной металл при жидкофазном спекании.
  • Исследование закономерностей изменения фазового состава, структуры и физико-механических свойств порошковых тел системы алюминий - переходной металл, полученных методом жидкофазного спекания, в зависимости от концентрации компонентов, температуры спекания и размера частиц легирующего компонента.
  • Разработка способа получения порошкового материала на основе алюминия методом экзотермического жидкофазного спекания и его применение.

Научная новизна

Установлено, что порошковые материалы на основе алюминия с добавками Cr и Ni при определенных соотношениях компонентов и диапазонах температур способны к реакционному экзотермическому спеканию с сохранением спрессованными образцами своей исходной формы.

Установлены особенности объемных изменений порошковых тел на основе алюминия с добавками Cr и Ni при жидкофазном спекании.

Выявлены закономерности экзотермического жидкофазного спекания сплавов алюминия с высоким содержанием меди, на основе которых разработан способ получения спеченного материала.

Практическая значимость

Полученные экспериментальные результаты и установленные закономерности дают новые, более глубокие представления о физической природе процессов жидкофазного спекания порошковых тел на основе алюминия. Результаты работы служат дополнительным теоретическим и экспериментальным обоснованием практических способов изготовления новых порошковых материалов и совершенствования существующих технологических процессов спекания.

Разработан порошковый сплав конструкционного назначения на основе алюминия, способ его получения позволяет упростить технологию и уменьшить энергозатраты.

Достоверность результатов и выводов подтверждается применением стандартных методик экспериментальных исследований, воспроизводимости результатов исследований, применением статистической обработки экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту:

Закономерности процесса жидкофазного спекания композиций на основе порошка алюминия с добавками переходных металлов в зависимости от их концентрации и температуры спекания.

Результаты исследования влияния состава композиций, температуры спекания и размера частиц легирующего компонента на структуру, фазовый состав и физико-механические свойства спеченных сплавов.

Способ получения сплавов алюминия с высоким содержанием меди при жидкофазном спекании.

Личный вклад автора заключается в организации и проведении экспериментальных и исследовательских работ, обобщении полученных результатов.

Автор искренне признателен сотрудникам кафедры физики твердого тела СВФУ за содействие в выполнении настоящей работы, лично члену-корреспонденту РАН Лебедеву М.П. за поддержку, плодотворный и критический анализ результатов работы.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских научно-технических конференциях: Международная конференция «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий», г. Кавицели, Крым, Украина, 2000, 2004; Международная научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии на рубеже веков», Пенза, 2000; I, II, V Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, Якутск, 2002, 2004, 2010; Международная конференция «Science for Materials in the Frontier of Centuries: Advances and Challenges», Kyiv, 2002; Международная конференция «Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике», Киев, 2003; Мировой конгресс по порошковой металлургии "World Congress and Exhibition on Powder Metallurgy”, Vienna, Austria, 2004; Международная конференция «Материалы и покрытия в экстремальных условиях», АР Крым, Украина, сентябрь, 2006 г; V Международная конференция по механохимии и механическому сплавлению «International Conference on Mechanochemistry and Mechanical Alloying», Новосибирск, 2006; Международная конференция HighMatTech, Киев, 2009; Международная научно-техническая конференция «Современное материаловедение и нанотехнологии», Комсомольск-на-Амуре, 2010.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в т.ч. 2 работы в журналах рекомендованных ВАК. Получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 121 наименования. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 52 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулировку цели работы, защищаемых положений и практической ценности полученных результатов и данные об апробации работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследовательских работ по жидкофазному спеканию порошковых тел. Основы теории спекания твердых сплавов, заложенные Г. Прайсом, Ф. Ленелем, Х. Кэнноном и В. Кинджери, получили дальнейшее развитие в работах В.Н. Еременко и его сотрудников. Процессы диффузионного сплавообразования исследованы в работах Б.Я.Пинеса, Я.Е.Гегузина, количественное их описание изложено в работах А.И.Райченко, В.Н.Анциферова, С.Н.Пещеренко и других.

Первой отечественной работой обзорного характера, освещающей научную сторону проблемы жидкофазного спекания порошковых тел, была работа В.Н. Еременко, Ю.В. Найдича и И.А. Лавриненко «Спекание в присутствии жидкой металлической фазы», изданная в 1968 году. В ней рассмотрено жидкофазное спекание главным образом невзаимодействующих систем. Подробный библиографический обзор литературы по этой проблеме дан в книге Р.М. Германа «Liquid phase sintering». Также вопросы жидкофазного спекания рассмотрены в работах В.В. Скорохода, С.М Солонина «Физико-металлургические основы спекания порошков»; В.А.Ивенсена «Феноменология спекания»; Р.А.Андриевского «Введение в порошковую металлургию». Проблема взаимодействия твердой и жидкой фаз легла в основу монографии Савицкого А.П. «Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами», посвященной анализу экспериментальных результатов. Практическое применение алюминиевых порошковых сплавов в промышленности рассмотрено в работах В.Г.Гопиенко, П.А.Витязя, А.П.Ласковнева и других.

Особый научный и практический интерес представляют порошковые смеси на основе алюминия, содержание переходных металлов в которых недостаточно, чтобы весь алюминий в процессе спекания связывался в интерметаллиды. Упрочняющие интерметаллидные частицы обладают низкой плотностью, в результате чего даже при высоком содержании второй фазы такие композиты имеют низкий удельный вес. В отличие от других тугоплавких соединений алюминиды обладают не только высокой твердостью, но и некоторой пластичностью. Алюминий полностью смачивает алюминиды, что обеспечивает прочную связь его с частицами. Эти факторы позволяют вводить в алюминий до 50-60 об.% упрочняющей фазы с сохранением его пластичности и способности к механической обработке.

Анализ имеющихся в литературе данных послужил основой для определения цели и постановки задач исследования.

Во второй главе приведены материалы, оборудование и методики исследований.

Смеси для спекания готовились из порошков алюминия АСД-1 (ТУ 48-5-226-87) и ПА-4 (ГОСТ 6058-73), электролитической меди ПМА (ГОСТ 4960-75), порошков никеля ПНК и ПНЭ (ГОСТ 9722-79), ультрадисперсного порошка (УДП) никеля.

Содержание  в смесях добавок составляло: промышленных порошков хрома и никеля - 2,5 - 20 ат.%;  УДП никеля - 5 ат.%.

Перед смешиванием порошки просушивались в вакуумной сушильной камере СНВС 4,5.4,54/ЗИ1 в течение 1 часа при 150 С. Смешивание производилось в стальном цилиндрическом смесителе со стальными шарами. Цилиндрические образцы размерами 10×10 мм с заданной пористостью изготавливались прессованием в стальной пресс-форме.

Спекание образцов осуществлялось в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16 в течение 1 часа, а также в вакуумном кварцевом дилатометре. Температура в рабочей зоне контролировалась с точностью ±1 С.

Дилатометрические измерения линейных размеров порошковых тел непосредственно в процессе жидкофазного спекания проводились с помощью специальной установки, позволяющей непрерывно записывать изменения размеров и температуры порошкового тела в течение всего периода спекания.

Металлографические наблюдения микроструктуры проводились с применением оптического микроскопа Метам РВ-21, для фрактографических исследований поверхностей разрушения применялся растровый электронный микроскоп Philips XL-20. Микрорентгеноспектральный анализ  проводился с использованием энергетического дисперсионного спектрометра EDAX на электронно-зондовой системе XL-20.

Рентгеноструктурный фазовый анализ порошковых тел осуществлялся на дифрактометре ДРОН-3М.

Механические испытания спеченных сплавов на растяжение (ГОСТ 1497-73) и сжатие (ГОСТ 2503-80) проводились на установках «Instron-1185» и «Roell Amsler Rel 2071», твердость по Роквеллу (ГОСТ 24622-91) определялась на приборе Fr-3e фирмы Leco.

Третья глава посвящена изучению процессов  жидкофазного спекания порошковых тел системы Al-Cr, влияния режима спекания и содержания Cr на объемные изменения, фазовый состав, структуру и физико-механические свойства спеченных сплавов.

Результаты рентгеновского фазового анализа, приведенные в таблице 1,  показали, что в спеченных материалах, содержащих 2,5-7,5 ат. % Cr, основной фазой является Al, а дополнительными - промежуточные соединения, преимущественно с высоким содержанием Al (θ- и η-фазы) и оксид алюминия. Основу сплавов, легированных 12,5-20 ат.% Cr, составляют интерметаллиды различной стехиометрии (рис.1). Их образование связано главным образом с процессами реакционной диффузии в твердую фазу.

Дилатометрические исследования показали, что при нагреве смесей, содержащих 2,5 и 5 ат.% Cr, после достижения 660С температура прессовок остается постоянной за счет плавления Al, и лишь затем она достигает 700С (рис. 2, кривые 1’и 2’). Изменения размеров образцов свидетельствуют о значительной их усадке, обусловленной образованием значительного количества жидкой фазы при плавлении алюминия (кривые 1 и 2). При спекании прессовки с содержанием 5 ат.% Cr в начале усадки наблюдается кратковременный рост образца, объясняемый увеличением в размерах частиц Cr вследствие преимущественной диффузии в них атомов Al и образованием твердых растворов и интерметаллидов в поверхностном слое частиц, который затем вновь сменяется усадкой.

Таблица 1 - Результаты рентгеновского фазового анализа сплавов Al-Cr, спеченных при 700 C

Содержание хрома, ат. %

Основные фазы

Дополнительные фазы

2.5

Al

θ (CrAl7), Al2O3

5

Al

θ (CrAl7), η (Cr2Al11), Al2O3

7.5

Al

θ (CrAl7), η (Cr2Al11), γ4 (CrAl2), Al2O3

10

θ (CrAl7), Al

η (Cr2Al11), γ4 (CrAl2), Al2O3

12.5

θ (CrAl7)

η (CrAl5), γ4 (CrAl2), Al, Al2O3

15

η (Cr2Al11)

ε (CrAl4), γ4 (CrAl2), Al, Al2O3

17.5

ε (CrAl4)

γ4 (CrAl2), Al, Al2O3

20

γ4 (CrAl2)

γ2 (Cr5Al8), Al, Al2O3

При концентрации 10 ат.% Cr прессовка увеличивается в объеме сразу же, как только появляется жидкая фаза (рис.2, кривые 4 и 3). После кратковременного, но энергичного роста наблюдается постепенная усадка образца, обусловленная перегруппировкой частиц твердой фазы. Однако величина усадки не превосходит величины предварительного роста, поэтому после спекания образцы увеличиваются в объеме, становясь более пористыми, чем исходные прессовки (рис.3). Дилатограмма спекания прессовки порошковой смеси с 12,5 ат.% Cr свидетельствует о том, что во время плавления алюминия также возникают скачкообразный подъем температуры образца и резкий его объемный рост, который только на какой-то момент прерывается усадкой (рис. 2, кривая 5). Небольшая горизонтальная площадка, намечающаяся на температурной кривой охлаждения образца, указывает на

кристаллизацию остатков жидкой фазы (рис. 2, кривая 5’). У образца состава Al-15 ат.% Cr (рис. 2) общий рост (кривая 6) при спекании больше, а максимальная температура саморазогрева выше (кривая 6’).

Временная усадка образца в процессе роста связана с разрушением исходного каркаса прессовки в результате плавления алюминия и образующейся θ-фазы. Практически весь алюминий уходит на образование θ- и η-интерметаллидов, что обуславливает высокий рост образцов при спекании. В результате общее увеличение объема прессовок состава Al-15 ат.% Cr оказывается выше, чем у образцов всех остальных концентраций (рис.3). Величина первоначального кратковременного роста образцов, содержащих 17,5 и 20 ат.% Cr, становится несколько больше (рис.2, кривые 7,8).

Однако и величина усадки после временного роста также оказывается значительной в результате плавления не только θ-, но и η-фазы, поскольку подъем температуры в результате тепловыделения оказывается заметно выше, чем при меньшем его содержании (рис.2, кривые 7’ и 8’).

Анализ дилатометрических кривых и результаты механических испытаний показали, что в системе Al-Cr можно получить как пористый (до 60% пор для сплава с 15 ат.% Cr), так и плотный материал (предел прочности при растяжении до 32±3 МПа; прочность на сжатие до 220 ±25 МПа, твердость до 63±2 HR15W для сплава с 10 ат.% Cr, рис.4, 5). Прочность и твердость прессовок растут с увеличением интерметаллидной составляющей до содержания 10 ат.% Cr, затем происходит их уменьшение вследствие роста пористости сплавов и уменьшения объемной доли пластичной алюминиевой связующей (рис.6).

В четвертой главе изложены результаты исследований объемных изменений порошковых тел при жидкофазном спекании системы Al-Ni в зависимости от температуры спекания и содержания никеля. Дилатометрические исследования особенностей спекания порошковых тел системы Al-Ni с содержанием от 2,5 до 20 ат.% Ni при температуре 600 С показали, что в данной системе полностью отсутствует стадия роста образцов, предшествующая усадке (рис.7-8). При содержании Ni 5; 7,5; 10 и 12,5 ат.% выделяющейся теплоты при твердофазной реакции образования интерметаллидов становится достаточно, чтобы образец разогрелся до точки плавления эвтектики (640С), при которой возникает интенсивная усадка порошкового тела.

При этом, чем больше вводится Ni в смесь, тем длиннее становится температурное плато на уровне 640С (при температуре в печи 600С), и тем раньше оно возникает. Такая закономерность объясняется тем, что более высокая концентрация Ni в смеси обусловливает и большее количество выделяющейся теплоты, которая, в свою очередь, обеспечивает более быстрый саморазогрев образца и образование большего количества жидкой фазы.

При содержании Ni 15 и 20 ат.% выделение теплоты становится столь значительным,  что температура прессовки в результате саморазогрева заметно превышает точку плавления эвтектики (рис.8). После экзотермического эффекта, обусловленного сплавообразованием при спекании, на температурной кривой снова появляется температурная площадка при 640С вызванная кристаллизацией жидкой эвтектики.

Как показали результаты рентгеновских исследований, в результате взаимодействия компонентов при спекании образуются три промежуточные фазы: NiAl, Ni2Al3 и NiAl3. При этом, чем ниже температура спекания, тем выше содержание в сплаве интерметаллидов с низкой концентрацией Al (табл.2).

Таблица 2 - Влияние температуры спекания на фазовый состав сплава Al-15 ат.% Ni

Температура спекания, С

Фаза, об. %

NiAl3

Ni2Al3

NiAl

Al

550

2,5

18,4

0,8

78,3

600

50,6

1,5

1,8

46,1

700

71,1

-

0,2

28,7

При низких температурах спекания, когда диффузионная подвижность атомов сравнительно мала, химическое равновесие в системе не достигается. Повышение температуры спекания до 700С приводит к тому, что основной фазой по объемному содержанию становится соединение NiAl3 (рис.9). Такая закономерность в последовательности образования интерметаллидов в зависимости от температуры спекания свидетельствует о диффузионной природе реакционного взаимодействия компонентов, при котором промежуточные соединения образуются за счет диффузии атомов Al в твердую фазу. При невысоких температурах (550 и 575С) в процессе спекания образцы не испытывают заметных объемных изменений, за исключением прессовок, содержащих 17,5 и 20 ат.% Ni, пористость которых уменьшается при температуре 575С. С повышением температуры спекания для всех составов обнаруживается интенсивная усадка (рис.10). С увеличением содержания Ni и температуры спекания твердость образцов растет (рис.11), что можно связать с образованием и увеличением объемной доли образующихся интерметаллидных фаз, имеющих более высокую твердость по сравнению с алюминиевой матрицей.

Результаты исследований жидкофазного спекания сплава Al с добавкой ультрадисперсного порошка Ni размерностью 0,1 мкм, показали, что размер частиц не оказывает влияния на величину пористости спеченных образцов.

Использование ультрадисперсного порошка никеля в качестве легирующей компоненты позволяет существенно улучшить механические свойства (твердость и прочность на сжатие) спеченного сплава (табл.3) вследствие измельчения структуры и более равномерного распределения интерметаллидной фазы (рис. 12).

Таблица 3 - Пористость и механические свойства сплавов Al-5 ат.% Ni

Порошок никеля

Начальная пористость, %

Конечная пористость, %

Твердость, HRН

σсж, МПа

УДП

21

7

37±3

99±10

ПНЭ-1

22

8

16±2

68±7

В пятой главе рассмотрены некоторые технологические аспекты получения спеченных порошковых материалов на основе алюминия.

С точки зрения оптимизации режимов жидкофазного спекания двухкомпонентных сплавов, эта технологическая операция состоит из двух стадий. Первая стадия – неизотермическое жидкофазное спекание, которое происходит в процессе нагрева прессовки до температуры изотермической выдержки. На этой стадии имеет место непрерывное нарушение химического равновесия в системе вследствие роста температуры и увеличения растворимости Al в жидкой фазе. При подходе к максимальной температуре спекания размер частиц твердой фаз становится минимальным, а уплотнение – максимальным. На второй стадии спекания, при изотермической выдержке при заданной температуре, в системе устанавливается химическое равновесие, при котором система стремится уменьшить свою энергию не только за счет дальнейшего уменьшения пористости, но и за счет сокращения площади межфазной поверхности путем укрупнения структуры по механизму растворения-осаждения.

На основе результатов исследования экзотермического спекания разработан способ получения спеченных сплавов алюминия с добавлением больших концентраций меди. Разработка защищена патентом РФ (№ 2192494). На примере смеси состава Al-30 мас.% Cu показано, что изделия можно успешно спекать и на воздухе (табл. 4). Предложенный способ экзотермического спекания сплавов системы Al-Cu уменьшает энергозатраты при производстве спеченных изделий, повышает производительность труда и сокращает продолжительность процесса. Спеченный сплав был использован для изготовления опытной партии деталей конструкционного назначения: корпуса шлифовального круга и промежуточных прокладок. В результате испытаний в условиях эксплуатации установлено, что детали удовлетворяют требованиям, предъявляемым к данным изделиям.

Таблица 4 - Прочностные характеристики сплава Al-30 мас.% Cu, спеченного при 540 С

Среда спекания

σВ, МПа

σож, МПа

Твердость, HRA

Вакуум

104±11

441±39

35±2

Воздух

99±10

365±32

35±2

Основные выводы

1. На основании дилатометрических исследований установлено, что при определенных соотношениях компонентов и диапазонах температур спекания исследованные системы способны к реакционному экзотермическому спеканию с сохранением спрессованными образцами своей исходной формы. При этом с увеличением содержания легирующих добавок увеличивается количество выделяющейся теплоты.

2. Установлены особенности объемных изменений исследованных систем  при жидкофазном спекании: композиции Al - Cr при достижении температуры плавления Al претерпевают кратковременное объемное расширение, величина которого возрастает с увеличением содержания Cr, а в последующем – усадку, увеличение объема обусловлено образованием интерметаллидного слоя на периферии частиц Cr вследствие диффузионного переноса в них атомов Al. Композиции Al - Ni претерпевают только усадку, при этом с повышением температуры спекания содержание в сплаве алюминида никеля с низким содержанием Al понижается, что связано с возрастанием диффузионной подвижности атомов Al.

3. При экзотермическом жидкофазном спекании систем Al-Ni и Al-Cr в них образуются алюминиды хрома (CrAl7, Cr2Al11, CrAl4, Cr2Al3, CrAl2) и никеля (NiAl, Ni2Al3 и NiAl3), соответственно. Преобладающей фазой для спеченных сплавов Al - (2,5 - 7,5 )%ат.Cr и Al - (5 - 10 )%ат.Ni является чистый алюминий, для сплавов Al - (12,5 - 20 )%Cr и Al - 20%Ni – интерметаллидная составляющая.

4. При жидкофазном спекании композиций Al - (2,5 - 7,5 )% Cr пористость спеченных образцов уменьшается, а композиций с содержанием хрома 10-20 % - возрастает, что связано с различной интенсивностью протекания  процессов роста при экзотермической реакции и  последующей усадки в зависимости от состава композиции. Этой же закономерности подчиняются и механические свойства: прочность при растяжении и твердость спеченных материалов при низких содержаниях легирующего компонента возрастают и понижаются при содержании хрома более 10 ат.%. Для композиций Al - Ni пористость спеченных образцов уменьшается во всем исследованном диапазоне концентраций легирующего компонента.

  1. Проведено спекание сплава на основе алюминия, содержащего ультрадисперсный порошок Ni с концентрацией 5 ат.%, и установлено, что размер частиц не оказывает влияния на величину пористости спеченных образцов. Использование УДП никеля вместо промышленного порошка позволяет существенно улучшить механические свойства (твердость и прочность на сжатие) спеченного сплава.
  2. Разработан способ экзотермического спекания сплавов алюминия с высоким содержанием меди, позволяющий уменьшить энергозатраты при производстве и сократить продолжительность процесса. Получен спеченный алюминиевый сплав с содержанием  30-55 мас.% Cu. Проведено спекание сплава Al-30 мас. % Cu на воздухе и показано, что механические характеристики полученного материала соответствуют свойствам сплавов того же состава, спеченным в вакууме.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

  1. Романов Г.Н., Савицкий А.П., Тимофеев Н.С., Тарасов П.П. и др. Исследование процесса жидкофазного спекания систем алюминий-переходной металл // Межвузовский сборник научных трудов  «Фундаментальные и прикладные проблемы физики», Якутск, 2000, с. 69-84.
  2. Флегонтов Н.Р., Романов Г.Н., Тарасов П.П., Цыпандин П.П. Использование новых подходов при исследовании объемных изменений порошковых тел системы титан-никель при спекании // Сборник трудов научно- технической конференции «Новые материалы и технологии на рубеже веков», Пенза, 2000, с. 201-204.
  3. Romanov G.N., Tarasov P.P., Tsypandin P.P., Mestnikov N.S., D^yachkovsky P.K., Savitskii A.P. Densification of compacts during liguid-phase sintering // International conference "Science for Materials in the Frontier of Centuries: Advantares and Challenges" / , 4-8 November, 2002, Kyiv, Ukraine, S.-138-139. 
  4. Спеченный алюминиевый сплав / Романов Г.Н., Савицкий А.П., Тарасов П.П., Цыпандин П.П., Романов Г.П. // Патент РФ, № 2192494 от 10 ноября 2002 г.
  5. Романов Г.Н., Тимофеев Н.С., Савицкий А.П., Тарасов П.П. и др. Физические основы создания материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками на основе алюминия методом порошковой металлургии // Труды I Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, Якутск, 2002, c. 112-122.
  6. Романов Г.Н., Тарасов П.П., Цыпандин П.П. и др. Факторы, влияющие на усадку порошковых тел при жидкофазном спекании // Сборник трудов научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики», Новосибирск, 2003, с. 82-91.
  7. Романов Г.Н., Тарасов П.П., Бочкарев Р.Н., Емельянова М.А., Сыромятникова А.С., Савицкий А.П. Особенности жидкофазного спекания системы Al-Ni // Тезисы докладов международной конференции « Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике», Киев, 2003, С. 176
  8. Романов Г.Н., Савицкий А.П., Флегонтов Н.Р., Бурцев Н.Н., Емельянова М.А., Тарасов П.П., Дьячковский П.К. Связь характера объемных изменений порошковых тел при жидкофазном спекании с особенностями диаграммы состояния // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, Якутск, 2004. с. 76-82.
  9. Романов Г.Н., Савицкий А.П., Тарасов П.П., Дьячковский П.К. Деформация порошковых тел системы алюминий-хром при жидкофазном спекании // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, Якутск, 2004. с. 83-90.
  10. Romanov.G.N., Tarasov P.P., D^yachkovsky P.K., Savitskii A.P. Dilatometer Investigation of Reactive Liquid Phase Sintering of the Al-Cr System // Proceedings of  Powder Metallurgy World Congress, Vienna, 2004 v. 2, p. 43-48.
  11. Романов Г.Н., Тарасов П.П., Дьячковский П.К., Савицкий А.П. Дилатометрические исследования жидкофазного реакционного спекания системы Al-Cr // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, 2005, № 5, с. 60-65. (из Перечня ВАК)
  12. Romanov G.N., Тarasov P.P., D'yachkovskiy P.K., Savitskii A.P., Martsunova L.S. Liquid-phase Reactive Sintering of Al-Ti System // Proceedings of EURO PM Congress and Exhibition in Prague, 2005, v. 1, p. 9-15.
  13. Романов Г.Н., Тарасов П.П., Дьячковский П.К., Савицкий А.П., Марцунова Л.С. Дилатометрические исследования жидкофазного спекания системы Al-Ti // Известия Томского политехнического университета, 2006, т. 309, № 1, с. 114-120. (из Перечня ВАК)
  14. Romanov G.N., Tarasov P.P., D^yachkovskiy P.K., Savitskii A.P., Martsunova L.S. Liguid-Phase Sintering of Al with Addition of Ti // Science of Sintering, 2006, v. 38, No. 1, p. 55-62.
  15. G.N.Romanov,P.P.Tarasov,P.K.D^yachkovskiy,A.P.Savitskii,H.Danninger. Dilatometric Study on Liguid Phase Sintering of Al-Ni Powder Compacts // Powder Metallurgy Progress Vol.6 (2006), No 3, p.128-137.
  16. Романов Г.Н., Тарасов П.П., Дьячковский П.К. Спекание порошка алюминия с добавками УДП меди и никеля // Сборник тезисов докладов Международной конференции HighMatTech., Издательство: Друкарня видавничого дому "Академпериодика" НАН Украни. 2009. С.151.

Отпечатано в типографии ООО «ПринтСервис»

677000, г.Якутск, ул. Ойунского 33/1

Заказ № 4. Подписано в печать 07.05.2012.

Формат 60х84  1/16. Гарнитура Таймс.

Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.