Макрогетерогенные композиционные материалы на основе квазикристаллического сплава AL65CO20CU15

Abstract

RU: Цель. Использование квазикристаллических сплавов открывает широкие перспективы для создания композиционных материалов с уникальными свойствами. Для увеличения эксплуатационной стойкости необходима разработка новых составов композиционных материалов и технологий их изготовления. Методика. Макрогетерогенные композиционные материалы, упрочненные макрогранулами квазикристаллического сплава Al65C020Cui5, изготавливали методом свободной пропитки при температуре 670 °С в течение 20...30 минут. В качестве металлической связки использовали сплав марки АМг30. Структуру композиционных материалов исследовали методами металлографического, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов. Результаты. Показано, что метод свободной пропитки позволяет получать практически бездефектную макрогетерогенную структуру композиционного материала АМг30/(АІ65С 020Сщ5). Определены изменения фазового состава структурных составляющих композиционных материалов, вызванные влиянием температурновременного цикла пропитки. Установлено, что формирование границ раздела между наполнителем и связкой протекает по растворно-диффузионному механизму. В процессе пропитки квазикристаллическая D-фаза сплава-наполнителя растворяется в пропитывающем металле со значительно меньшей скоростью по сравнению с кристаллическими фазами. За счет этого достигается относительное содержание квазикристаллов в структуре композиционных материалов не менее 25%. Научная новизна. Впервые для изготовления макрогетерогенных композиционных материалов, упрочненных макрогранулами квазикристаллического сплава, применен метод свободной пропитки. Определены температурно-временные параметры технологического процесса. Показана перспективность использования квазикристаллического сплава Al65C020Cui5 в качестве наполнителя и сплава марки АМг30 в качестве металлической связки макрогетерогенного композиционного материала. Изучены закономерности структурообразования границ раздела между наполнителем и связкой композиционных материалов. Практическая значимость. Впервые квазикристаллический сплав-наполнитель Al65C020Cui5 в виде гранул размерами 0,25.1,5 мм использован в составе макрогетерогенных композиционных материалов, полученных способом свободной пропитки. Гранулы наполнителя, изготовленные из квазикристаллического сплава, имея низкий коэффициент трения и высокую коррозионную стойкость, позволяют продлить срок эксплуатации композиционных покрытий, предназначенных для упрочнения и восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания, турбокомпрессоров, пар трения торцевого уплотнения насоса дизеля, поршней и других деталей автомобильного транспорта.

UK: Мета. Застосування квазікристалічних сплавів відкриває широкі перспективи для створення композиційних матеріалів з унікальними властивостями. Для підвищення експлуатаційної стійкості необхідна розробка нових композиційних матеріалів і технологій їх виготовлення. Методика. Макрогетерогенні композиційні матеріали, зміцнені частинками квазікристалічного сплаву AI65C020CU15, виготовляли методом вільного просочення при температурі 670 °С протягом 20.30 хвилин. Металевою зв’язкою слугував сплав марки АМг30. Структуру композиційних матеріалів досліджували методами металографічного, рентгеноструктурного та мікрорентгеноспектрального аналізів. Результати. Показано, що метод вільного просочення дозволяє отримувати практично бездефектну макрогетерогенну структуру композиційного матеріалу АМг30/(А1б5С020Сиі5). Визначено зміни фазового складу структурних складових композиційних матеріалів, викликані впливом температурно-часового циклу просочення. Встановлено, що формування границь поділу між наповнювачем і зв’язкою відбувається за розчинно-дифузійним механізмом. У процесі просочення квазікристалічна D-фаза сплаву-наповнювача розчиняється в просочуючому металі зі значно меншою швидкістю порівняно з кристалічними фазами. За рахунок цього досягається відносний вміст квазікристалів у структурі композиційних матеріалів не менше 25%. Наукова новизна. Вперше для виготовлення композиційних матеріалів, зміцнених частинками квазікристалічних сплавів, застосовано метод вільного просочення. Визначено температурно-часові параметри технологічного процесу. Показано перспективність використання квазікристалічного сплаву AI65C020CU15 як наповнювача та сплаву марки АМг30 як металевої зв’язки макрогетерогенного композиційного матеріалу. Вивчено закономірності структуроутворення границь поділу між наповнювачем і зв’язкою композиційних матеріалів. Практична значимість. Вперше квазікристалічний сплав-наповнювач AI65C020CU15 у вигляді гранул розмірами 0,25.1,5 мм застосовано у складі макрогетерогенних композиційних матеріалів, отриманих способом вільного просочення. Гранули наповнювача, виготовлені з квазікристалічного сплаву, маючи низький коефіцієнт тертя та високу корозійну стійкість, дозволяють подовжити термін експлуатації композиційних покриттів, призначених для зміцнення та відновлення вузлів тертя двигунів внутрішнього згоряння, турбокомпресорів, пар тертя торцевого ущільнення насоса дизеля, поршнів та інших деталей автомобільного транспорту.

EN: Purpose. Quasicrystal alloys show promise as a way to create composite materials with unique properties. The search for new compositions and fabrication technologies of composites is needed to enhance their performance life. Methodology. Macroheterogeneous composites reinforced by macrogranules made of Al6sCo20Cu15 quasicrystal alloy were fabricated by pressure-free infiltration at 670 °С during 2 0 .3 0 minutes. АМг30 metal alloy wasused as binder. The composites’ structure was investigated by the methods of metallography, X-Ray analysis and X-Ray microanalysis. Findings. It is shown that the method of pressure-free infiltration allows the practically defect-free structure of АМг30/(Al65Co2oCul5) composite material to be achieved. The changes in the phase composition of the composites affected by temperature-and-time infiltration cycle were determined. The structure formation of interfaces between the filler and the binder is established to proceed under dissolution-and-diffusion mechanism. During the infiltration quasicrystal D-phase dissolves in the infiltrating metal at much higher rate compared to that of crystal phases. This would account for relative content of the quasicrystals in the composites’ structure at the level of not less than 25 pct. Originality. For the first time the method of pressure-free infiltration was applied to fabricate macroheterogeneous composite materials reinforced by quasicrystal filler macrogranules. The temperature-and-time process variables were determined. Al6sCo20Cu15 quasicrystal alloy as filler and АМг30 alloy as metal binder are shown to be promising structural components of the macroheterogeneous composites. The peculiarities in structure formation of interfaces between the filler and the binder were studied. Practical value. For the first time Al6sCo20Cu15 quasicrystal granules sized from 0,25 to 1,5 mm were used to reinforce macroheterogeneous composite materials fabricated by pressure-free infiltration method. Quasicrystal filler granules showing low friction factor and high resistance to corrosion allow performance life of the composites to prolong. As a result, the suggested composites may be used to strengthen or repair friction units of internal combustion engines, turbine compressors, face seals friction couples of diesel pumps, cylinders and other parts of motor transport.