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:
- 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.
- 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:
- Полькин, И.С. Пеноалюминий будущего – пенокомпозит/ И.С.Полькин// Технология легких сплавов.-2006.-№1-2.-С.210-211.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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[schema type=»book» name=»ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» description=»Предложена жидкофазная технология формирования многослойных композиционных материалов титан-пеноалюминий. Проведены исследования механических свойств композиционных материала титан-пеноалюминий.» author=»Ковтунов Александр Иванович, Хохлов Юрий Юрьевич, Мямин Сергей Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-26″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]