Структура и механические свойства композитов Al–Cu/C, полученных механическим легированием и твердофазным спеканием

Я. И. Матвиенко$^{1}$, С. С. Полищук$^{1}$, А. Д. Рудь$^{1}$, Т. М. Мика$^{1}$, В. И. Бондарчук$^{1}$, С. А. Демченков$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ул. Казимира Малевича, 11, 03150 Киев, Украина

Получена: 12.05.2019. Скачать: PDF

Композиты системы Al–Cu доэвтектического и эвтектического составов с добавлением 5% вес. графита были получены путём механического легирования (МЛ) элементарных порошков и последующего горячего прессования смесей при 480–510°C и 30 МПа. Полученные таким образом образцы исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). МЛ в течение 8 часов порошковых смесей приводит к образованию фаз Cu$_9$Al$_4$, CuAl$_2$ и твёрдого раствора Al(Cu), а последующее спекание — к распаду метастабильной фазы Cu$_9$Al$_4$. Показано, что кристаллическая структура графитовых добавок при МЛ превращается в аморфную, а в процессе спекания образуется карбид Al$_4$C$_3$. Кроме того, введение графита приводит к увеличению доли высокодисперсных частиц в результате МЛ, а также увеличивает объёмные доли метастабильной Cu$_9$Al$_4$ и стабильной CuAl$_2$ интерметаллических фаз. Рассмотрено влияние графитовых добавок и содержания Cu (17 и 33% вес.) на микроструктуру и механические свойства спечённых композитов Al–Cu и Al–Cu/C. Обсуждаются возможные механизмы упрочнения композитов Al–Cu и Al–Cu/C.

Ключевые слова: Al–Cu/C, металломатричные композиты, механическое легирование, твердофазное спекание, порошковая металлургия.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i08/1035.html

PACS: 61.05.cp, 62.25.-g, 64.60.My, 64.70.kd, 81.20.Ev, 81.20.Wk


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. J. R. Davis, Aluminum and Aluminum Alloy (Handbook Committee ASM International: 1993).
  2. I. Polmear, Light Alloys—From Traditional Alloys to Nanocrystals, 4th Ed. (Amsterdam: Elsevier: 2006).
  3. J.-P. Immarigeon, R. T. Holt, A. K. Koul, L. Zhao, W. Wallace, and J. C. Beddoes, Materials Characterization, 35: 41 (1995). Crossref
  4. R. A. Witik, J. Payet, V. Michaud, C. Ludwig, and Jan-Anders E. Månson, Composites Part A: Appl. Sci. Manufacturing, 42: 1694 (2011). Crossref
  5. T. Shanmugasundarama, M. Heilmaier, B. Murty, and V. Sarma, Mater. Sci. Eng. A, 527: 7821 (2010). Crossref
  6. J. M. V. Quaresma, C. A. Santos, and A. Garcia, Metall. Mater. Trans. A, 31: 3167 (2000). Crossref
  7. H. Bei, G. M. Pharr, and E. P. George, J. Mater. Sci., 39, No. 12: 3975 (2004). Crossref
  8. C. S. Tiwary, D. R. Mahapatra, and K. Chattopadhyay, Appl. Phys. Lett., 115: 203502 (2014). Crossref
  9. Q. Lei, B. P. Ramakrishnan, S. Wang, Y. Wang, J. Mazumber, and A. Misra, Mater. Sci. Eng. A, 706: 115 (2017). Crossref
  10. P. Wang, L. Deng, K. P. Prashanth, S. Pauly, J. Eckert, and S. Scudino, J. Alloys Compd., 735: 2263 (2018). Crossref
  11. I. Lichioiu, I. Peter, B. Varga, and M. Rosso, J. Mater. Sci. Technol., 30, No. 4: 394 (2014). Crossref
  12. E. Çadirli, Met. Mater. Int., 19: 411 (2013). Crossref
  13. R. Molina, P. Amalberto, and M. Rosso, Metall. Sci. Technol., 29-2 (2011).
  14. M. Aravind, P. Yu, M. Yu. Yau, and D. H. L. Ng, Mater. Sci. Eng. A, 380: 384 (2004). Crossref
  15. K. Kim, D. Kim, K. Park, M. Cho, S. Cho, and H. Kwon, Materials. 12, No. 9: 1546 (2019). Crossref
  16. D. W. Wolla, M. J. Davidson, and A. K. Khanra, Mater. Design., 59: 151 (2014). Crossref
  17. Q. Kong, L. Lian, Y. Liu, and J. Zhang, Mater. Manuf. Processes, 29: 1232 (2014). Crossref
  18. C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci., 1: 46 (2001). Crossref
  19. P. R. Matli, U. Fareeha, R. A. Shakoor, and A. M. A. Mohamed, J. Mater. Res. Technol., 7: 165 (2018). Crossref
  20. F. Li, K. N. Ishihara, and P. H. Singu, Metall. Trans. A, 22: 2849 (1991). Crossref
  21. R. Besson, M. Avettand-Fenoel, L. Thuinet, J. Kwon, A. Addad, P. Roussel, and A. Lergis, Acta Mater., 87, No. 1: 216 (2015). Crossref
  22. R. Casati and M. Vedani, Metals, 4: 65 (2014). Crossref
  23. H. Faleh, M. Noori, and S. Florin, Adv. Mater. Res., 1128: 134 (2015). Crossref
  24. F. H. Latief and El-Dayed M. Sherif, J. Ind. Eng. Chem., 18: 2129 (2012). Crossref
  25. A. Santos-Beltra, R. Goytia-Reyes, H. Morales-Rodriguez, V. Gallegos-Orozco, M. Santos-Beltrán F. Baldenebro-Lopez, and R. Martínez-Sánchez, Mater. Characterization, 106: 368 (2015). Crossref
  26. J. Mendoza-Duartea, I. Estrada-Guela, F. Robles-Hernandez et al, Mater. Res., 19: 13 (2016). Crossref
  27. J. L. R. Hernández, J. J. R. Cruz, C. Y. Gómez, O. A. Coreño, and R. Martínez-Sanchez, Mater. Trans., 51: 1120 (2010). Crossref
  28. D. H. Nam, Seung I. Cha, Byung K. Lim, Hoon M. Park, Do S. Han, and Soon H. Hong, Carbon, 50: 2417 (2012). Crossref
  29. H. R. Sabouni and S. Sabooni, Russian J. Non-Ferrous Metals., 58, Iss. 6: 656 (2017). Crossref
  30. J. Zhao, Yu. Duan, X. Wang, and B. Wang, J. Phys. D: Appl. Phys., 46: 015304 (2013). Crossref
  31. S. R. Ignatovich, I. M. Zakiev, and D. I. Borisov, Strength Mater., 38, Iss. 4: 428 (2006). Crossref
  32. Ya. I. Matvienko, A. Rud, S. Polishchuk, Yu. Zagorodniy, N. Rud, and V. Trachevski, Appl. Nanosci. (2019). Crossref
  33. D. Y. Ying and D. L. Zhang, J. Alloys Compd., 311: 275 (2000). Crossref
  34. F. Rosa, J. R. Romero, J. L. Lopez-Mirinda, A. G. Hernandez-Torres, and G. Rosas, Intermetallics, 61: 51 (2015). Crossref
  35. A. N. Streletskii, I. V. Kolbanev, A. B. Borunova, A. V. Leonov, and P. Yu. Butyagin, Colloid Journal, 66: 729 (2004). Crossref
  36. J. L. Kennedy, T. D. Drysdale, and D. H. Gregory, Green Chemistry, 17 (1): 285 (2015). Crossref
  37. J. C. de Lima, D. M. Triches, V. H. F. dos Santos, and T. A. Grandi, J. Alloy. Compd., 282: 258 (1999). Crossref
  38. N. Larionova, R. Nikonova, and V. Ladyanov, Adv. Powder Technol., 29 (2): 399 (2018). Crossref
  39. M. Draissia, H. Boudemagh, and M. Y. Debili, Phys. Scr., 69: 348 (2004). Crossref
  40. J. Fan and J. Njuguna, 1 – An Introduction to Lightweight Composite Materials and Their Use in Transport Structures, in Book Lightweight Composite Structures in Transport (Ed. J. Njuguna) (Woodhead Publishing: 2016), p. 3–34. Crossref
  41. M. Braunovic, L. Rodrigue, and D. Gagnon, 2008 Proceedings of the 54th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts (27–29 Oct., 2008, Orlando, Florida). Crossref
  42. C.-L. Chen, A. Richter, and R. C. Thomson, Intermetallics, 17, No. 8: 634 (2009). Crossref
  43. R. Deaquino-Lara, E. Gutiérrez-Castañeda, I. Estrada-Guel, G. Hinojosa-Ruiz, E. García-Sánchez, J. M. Herrera-Ramírez, R. Pérez-Bustamante, and R. Martínez-Sánchez, Mater. Design. 53: 1104 (2014). Crossref
  44. M. Besterci, J. Mater. Product Technol., 28, Nos. 3/4: 448 (2007). Crossref
  45. R. Gaillac, P. Pullumbi, and F. Coudert, J. Phys.: Condens. Matter., 28: 275201 (2016). Crossref
  46. B. Guo, B. Chen, X. Zhang et al., Carbon. 135: 224 (2018). Crossref
  47. L. Cui, R. Lu, and D. Ma, Materials, 11: 538 (2018). Crossref
  48. H. Kwon, S. Cho, M. Leparoux, and A. Kawasaki, Nanotechnology, 23: 225704 (2012). Crossref
  49. Dong H. Nam, Seung I. Cha, Byung K. Lim, Hoon M. Park, and Do S. Han, Carbon, 50: 2417 (2012). Crossref