30 Янв

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

коэффициента тепло- и электропроводности, высокой сопротивляемостью воздействию огня, экологической чистотой, способностью эффективно поглощать энергию удара. Однако, механические свойства пеноалюминия не отличаются высокими показателями, поэтому были разработаны технологии получения многослойных  композиционных материалов титан-пеноалюминий, которые отличаются более высокими значениями прочности при изгибе при низкой плотности [1]. Технология основывается на совместной прокатке  пеноалюминия и титана и отличается высокой трудоемкостью и ограниченной номенклатурой получаемых изделий [1].

С целью расширения области применения слоистых композиционных материалов титан-пеноалюминий была предложена жидкофазная технология, которая основывается на одновременном формировании многослойного композита и  пористой структуры алюминиевого слоя  при заливке литейной формы алюминием [2,3,4].

  Исследование процессов формирования композиционного материала проводили с использованием металлических форм с нижним подводом металла и с  размерами рабочей полости под отливку 100х100х20мм.  В форму предварительно устанавливали титановые пластины толщиной 1,35 мм и заполняли пространство между пластинами гранулами диаметром 6-8мм из NaCl.  Титановые пластины предварительно травили, покрывали слоем алюминия, а затем  флюсом на основе  эвтектической системы KF-AlF3 [5]. Температура заливки формы алюминиевым расплавом АК12 составляла 800-820оС.

Прочность сцепления слоев композита определялась на специально изготовленных образцах  на отрыв. Испытания на сжатия проводили для образцов из пеноалюминия и композиционного материала титан-пеноалюминий. Испытания на изгиб проводили по двум схемам с различным расположением титановых пластин относительно направления приложения усилия при испытаниях: параллельно и перпендикулярно.

Проведенные исследования показали, что предложенная технология позволяет получать образцы композиционного материала с адгезионной связью между титаном и пеноалюминия (рис.1).  Плотность полученных образцов в зависимости от количества слоев титана составляла 1,3-1,9 г/см3, что значительно выше плотности пеноалюминия (табл.1). Применение более тонких пластин титана позволит снизить плотность композита.

  Прочность сцепления  титана и пеноалюминия при отрыве составила 11-12 МПа. Разрушение образца происходило по переходному слою между алюминием и титаном (рис.2). На границе титана и пеноалюминия формировалась несплошная цепочка интерметаллидов  с содержанием титана около 30%, алюминия 26-36% и кремния 34-42% (рис.3).   Толщина интерметаллидного слоя не превышала 1,5мкм. Несплошность промежуточного интерметаллидного слоя и  высокая прочность алюминидов титана обеспечили относительно высокие показатели прочности сцепления титана и пеноалюминия в композиционном материале.

Предел прочности при сжатии композиционного материала с двумя слоями титана  составлял 65-75МПа, что в 5-7 раз выше предела прочности при сжатии  таких же образцов пеноалюминия, а  с тремя слоями  210-220 МПа, что превышает прочность при сжатии пеноалюминия в 15-21 раз. Разрушение образцов происходило по переходному слою или по слою пеноалюминия (рис.4).

Испытания на изгиб показали, что наличие титановых пластин повышают значения предела прочности в 2-5,5 раз. Прочность  слоистого композита  с двумя слоями титана испытанная с приложением усилия перпендикулярно плоскости пластинам составляла 16-20МПа, а с приложением усилия параллельно плоскости пластин -30-38МПа (табл.1., рис 5.). Прочность при изгибе пеноалюминия находилась в пределах 7-7,5МПа. В композиционном материале с тремя слоями титана предел прочности при изгибе повышался в 4-7 раз по сравнению с двухслойным исполнением (табл.1).

Таблица 1.

Свойства слоистых композиционным материалов титан-алюминий

Наименование материала Плотность,

г\см3

Прочность при сжатии,

МПа

Прочность при изгибе,МПа
Схема 1 Схема 2
Пеноалюминий 1-1,2 10-12 7-7,5 7-7,5
Композиционный материал титан-пеноалюминий  с двумя слоями титана  

 

1,3-1,5

 

 

65-75

 

 

16-20

 

 

30-38

Композиционный материал титан-пеноалюминий  с тремя слоями титана  

 

1,7-1,9

 

 

210-220

 

 

80-90

 

 

200-210

 

Выводы:

  1. Жидкофазные способы получения композиционных материалов титан-пеноалюминий, отличающиеся невысокой трудоемкостью и широкой номенклатурой получаемых изделий, обеспечивают формирование адгизионной связи между слоями композита при предварительном алюминировании титана и активации поверхности флюсом на основе  эвтектической системы KF-AlF3.
  2. Композиционные материалы титан –пеноалюминий по сравнению с пеноалюминием имеют более высокие значения прочности при сжатии и изгибе. Однако плотность материала при этом повышается.

Список литературы:

  1. Полькин, И.С. Пеноалюминий будущего – пенокомпозит/ И.С.Полькин// Технология легких сплавов.-2006.-№1-2.-С.210-211.
  2. Ковтунов,  А.И. Тепловые условия формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли/ А.И.Ковтунов, Д.А.Семистенов, Ю.Ю.Хохлов, Т.В.Чермашенцева//Литейщик России.- 2011.-№6.-С. 43-45.
  3. Ковтунов,  А.И.  Исследование процессов формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли/А.И.Ковтунов, Д.А.Семистенов, Ю.Ю.Хохлов, Т.В.Чермашенцева// Технология легких сплавов.-2011 №4.-С.74-78.
  4. Ковтунов,  А.И. Исследование физико-механических свойств пеноалюминия, полученного фильтрацией через водорастворимые соли/Ковтунов А.И, Хохлов Ю.Ю, Семистенов Д.А.//Заготовительные производства в машиностроении — 2012. — №6.
  5. Ковтунов,  А.И.  Исследование технологических и механических свойств слоистых титаноалюминиевых композиционных материалов, полученных жидкофазным способом/А.И.Ковтунов,С.В.Мямин//Авиационные материалы и технологии.-2013 №1.-С.9-12
    ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
    Предложена жидкофазная технология формирования многослойных композиционных материалов титан-пеноалюминий. Проведены исследования механических свойств композиционных материала титан-пеноалюминий.
    Written by: Ковтунов Александр Иванович, Хохлов Юрий Юрьевич, Мямин Сергей Владимирович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/26/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)
    Available in: Ebook