ВИКОРИСТАННЯ ВИСОКОКОНЦЕНТРОВАНИХ ПОТОКІВ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ СТВОРЕННЯ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ СИСТЕМИ Al – Ti – C

Ольга Сизоненко; Андрій Торпаков; Микола Присташ

Ольга Сизоненко Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України https://orcid.org/0000-0002-8449-2481
Андрій Торпаков Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України
Микола Присташ Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України https://orcid.org/0000-0002-7617-6200

Аннотация

Метою роботи є створення поліфункціональних композиційних матеріалів із використанням висококонцентрованих потоків енергії.

В роботі використані методи фізичного експерименту, реєстрації швидкоплинних електричних процесів, рентгенофазового аналізу, оптичної мікроскопії, а також експериментальні методи визначення фізико-механічних та експлуатаційних властивостей матеріалів (твердість, зносостійкість, жаростійкість). Робота ґрунтується на новому підході до отримання метало-матричних композитів (ММК), у якому дисперснозміцнюючі включення не додаються механічно у порошкову суміш як додатковий компонент, а синтезуються під час обробки високовольтним електричним розрядом (ВЕР) та досягається гомогенне змішування компонентів. Подальша консолідація підготованих порошків методом іскрового плазмового спікання (ІПС) дозволяє запобігти зростанню зерна та отримувати консолідований матеріал за відносно невеликий час при менших енергозатратах, ніж у традиційних методах.

ВЕР обробка порошкової системи вихідного складу 85 % Ti + 15 % Al у етанолі при W_пит = 10 МДж/кг дозволяє диспергувати вихідні порошки від середнього діаметру 33 мкм до середнього діаметру ~ 6 мкм та синтезувати в них дисперснозміцнюючі фази TiC, Ti₂AlC, та Ti₃AlC₂. Консолідація підготовленої шихти методом ІПС дозволяє отримати наноламінат–композит Ti₃AlC₂ – TiC твердістю HV5 = 4 ГПа. Абсолютна інтенсивність зношування матеріалу склала 0,007 г/км.

Практичне значення роботи полягає в тому, що підготовка порошків за допомогою ВЕР із наступною консолідацією методом ІПС дозволяє отримати ММК із підвищеним рівнем твердості, зносостійкості та жаростійкості для отримання інструментів різного призначення та конструкційних матеріалів для використання у авіакосмічній галузі та машинобудуванні.

Оригінальність роботи випливає з того, що нові ММК отримують шляхом підготовки вихідних порошків ВЕР, що сприяє диспергуванню порошків та реакційному синтезу дисперснозміцінючих включень під впливом мікроплазмових розрядів, а подальше ІПС забезпечує керовану зміну фазового складу та структури.

Ключові слова: ВИСОКОВОЛЬТНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ РАЗРЯД, ІСКРОВЕ ПЛАЗМОВЕ СПІКАННЯ, МЕТАЛО-МАТРИЧНИЙ КОМПОЗИТ, ТВЕРДІСТЬ, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, ЖАРОСТІЙКІСТЬ