21. С.Д. Шляпин Получение алюмоматричных керметов, упрочненных наночастицами Al2O3 и Al4C3

Описание: 20 октября состоялось 21-е заседание научного семинара "КОМПОЗИТЫ: технологии создания, исследование и оптимизация свойств, моделирование, применение". Доклад "Получение дисперсно-упрочненных алюмоматричных материалов с наноразмерными включениями Al2O3 и Al4C3, формирующимися в режиме«insitu». Возможности использования высокодисперсной алюминиевой пудры ПАП-2 для изготовления порошковых композитов различного назначения" сделал
С.Д. Шляпин, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт»
Аннотация
Разработка и применение композиционных материалов (КМ) является одним из магистральных направлений развития материаловедения и машиностроения.
В настоящее время в порошковой металлургии значительное внимание уделяется разработке алюмоматричных КМ с повышенными за счет использования упрочняющих дисперсных частиц наноразмерного диапазона физико-механическими свойствами. Типичным представителем таких материалов является САП (спеченный алюминиевый порошок), зарубежным аналогом которого является SAP (SinteredAluminumPowder), содержащий Аl2О3 в пределах 4-23 %. Примечательно, что материал САП, в отличие от алюминиевых сплавов, сохраняет высокую прочность до 500 °С, что объясняется стабильностью частиц Al2O3 в алюминиевой матрице.
Значительная удельная прочность алюмоматричных КМ определяет широкий спектр их применения в качестве конструкционных, жаропрочных и функциональных материалов в различных отраслях техники.
При разработке КМ активно используют различные приемы введения в алюминиевую матрицу упрочняющих дисперсных частиц. Однако применительно к частицам наноразмерного диапазона равномерное их распределение по объему матричного материала часто затруднено из-за эффекта агломерирования. Поэтому предпочтительно нанодисперсное упрочнение осуществлять по принципу «in-situ», когда упрочняющие равномерно распределенные наночастицы формируются в процессе получения исходного порошка или в объеме матрицы в процессе получения материала. При этом равномерность распределения наноразмерных упрочняющих частиц, как и эффект упрочнения, напрямую связаны с дисперсностью порошка основы КМ.
В связи с этим особый интерес представляет такой вид порошковой продукции из алюминия, как пудра. Существует много марок алюминиевых пудр с очень высокой удельной поверхностью для применения в некоторых специальных областях техники, например, для производства краски, пиротехнических изделий и в качестве компонента твердого топлива. Наиболее дисперсной является пудра марки ПАП-2. Частицы чешуйчатой формы размером порядка 50 на 100 мкм и толщиной 250-500 нм покрыты пленкой оксида алюминия толщиной 1-10 нм. Такие параметры делают пудру исключительно интересным материалом для создания новых дисперсно-упрочненных КМ в системе Al – Al2O3. Однако ранее пудра не использовалась в традиционных процессах порошковой металлургии из-за крайне низких технологических свойств, главным из которых было отсутствие формуемости.
На протяжении ряда лет в МАИ разрабатываются различные методы экономичного получения алюмоматричных КМ из промышленного алюминиевого порошка ПАП-2, базирующиеся как на реакционном спекании в режиме фильтрационного горения на воздухе, так и на спекании (твердофазном и жидкофазном) порошковых заготовок в вакууме. На примере пудры ПАП-2 была показана принципиальная возможность получения из высокодисперсных порошков новых дисперсно-упрочненных КМ системы Al – Al2O3с повышенными характеристиками.
Список основных публикаций по теме доклада
1.Д.А. Иванов, С.Д. Шляпин, Г.Е. Вальяно. Изучение механизма разрушения алюмоматричного дисперсно-упрочненного композиционного материала Al–Al4C3–Al2O3 со слоистой структурой при статическом и ударном нагружениях. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. №4, 2020 г, с.66-75.
2. D.A. Ivanov, S.D. Shlyapin, G.E. Valiano, N.D. Akkuzhin, L.V. Fedorova. Studying Crack Resistance and Destruction Mechanism of Steel Aluminum Composite Material / Inorganic Materials. 2021. Vol. 57, Is. 15, P. 79–84
3. Д.А. Иванов, С.Д. Шляпин, Г.Е. Вальяно, Л.В. Федорова. Особенности гранулирования алюминиевой пудры ПАП - 2 в технологии порошкового композиционного материала Al -Al2O3 со слоистой структурой / Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 4. С. 37 – 43.
4. Д.А. Иванов, С.Д. Шляпин, Г.Е. Вальяно, Н.Д. Аккужин, Л.В. Федорова. Изучение влияния вакуумной термообработки порошка марки ПАП-2 на его прессуемость и свойства спеченного материала / // Технология легких сплавов. 2017. № 3. С. 68–74.
еталлургия и функциональные покрытия. 2015. № 4. С. 21–27.
6. Д.А. Иванов, А.И. Ситников, А.В. Иванов, С.Д. Шляпин. Использование алюминиевой пудры ПАП-2 для изготовления порошковых композиционных материалов: особенности технологии, структуры и физико-механические свойства композитов. Часть 2. Изучение свойств и структуры полученных композитов / // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. № 1. С. 20 – 34.