Особенности растворения квазикристаллических сплавов-наполнителей Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$ и Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ в процессе пропитки композиционных материалов латунной связкой

Е. В. Суховая, Ю. В. Сыроватко

Днепровский национальный университет имени Олеся Гончара, просп. Гагарина, 72, 49010 Днепр, Украина

Получена: 14.03.2019; окончательный вариант - 13.06.2019. Скачать: PDF

В работе исследована структура квазикристаллических сплавов Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ и Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$, а также композиционных материалов на их основе, полученных методом печной пропитки. Использованы методы металлографического, рентгеноструктурного, электронно-микроскопи-ческого и микрорентгеноспектрального анализов. В сплаве Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ квазикристаллическая декагональная фаза сосуществует с кристаллическими фазами Al$_4$(Co, Cu)$_3$ и Al$_3$(Cu, Co)$_2$, а в сплаве Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$ — с фазами Al$_9$(Co$_{1-x}$Ni$_x$)$_2$ и Al$_9$(Ni$_{1-x}$Co$_x$)$_2$. Содержание квазикристаллической фазы в сплавах колеблется в пределах 60–65% об. С помощью оригинальной методики автоматизированного структурного анализа построены кривые распределения коэффициентов поглощения света, использованные для расчёта энтропии фаз. В ходе пропитки латунной связкой марки Л62 гранул наполнителей, изготовленных из сплавов Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ или Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$, расплавленная связка растворяет кристаллические фазы наполнителя, проникая до центра гранул. При этом квазикристаллическая фаза наполнителей растворяется с гораздо меньшей скоростью. В структуре композиционного материала, упрочнённого сплавом-наполнителем Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$, содержание квазикристаллической фазы на 15% об. превышает содержание этой фазы в композиционном материале с наполнителем Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$. Для объяснения различия скоростей растворения фаз наполнителя при пропитке расчётным путём определены количество и среднегеометрическая частота колебаний осцилляторов в их структуре. Использованы модельные представления теории сильно анизотропных кристаллов. Показано, что наибольшее количество осцилляторов и наименьшую частоту их колебаний имеет квазикристаллическая фаза наполнителей. Расчёты также подтверждают, что квазикристаллическая фаза сплава-наполнителя Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ характеризуется большей стойкостью к воздействию расплавленной связки при пропитке, чем аналогичная фаза сплава-наполнителя Al$_{72}$Co$_{18}$Ni$_{10}$. В то же время, кристаллические фазы сплава Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ растворяются с большей скоростью, что обеспечивает прочную адгезионную связь между наполнителем и затвердевшей связкой. Сплав-наполнитель Al$_{65}$Co$_{20}$Cu$_{15}$ рекомендован для использования в составе композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях сухого трения и действия кислых сред.

Ключевые слова: квазикристаллические сплавы-наполнители, пропитка, композиционный материал, границы раздела, скорость растворения, модель сильно анизотропных кристаллов.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i09/1171.html

PACS: 61.44.Br, 62.23.Pq, 68.35.Np, 81.05.Ni, 81.65.Kn, 82.45.Bb


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. O. V. Sukhova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 31, No. 7: 1001 (2009) (in Ukrainian).
  2. E. V. Sukhovaya, J. Superhard Mater., 35, No. 5: 277 (2013). Crossref
  3. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, V. F. Butenko, A. P. Zhudra, A. I. Litvinenko, and A. I. Belyi, Powder Metallurgy and Metal Ceramics,32, No. 2: 139 (1993). Crossref
  4. O. Sukhova and Yu. Syrovatko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 33, Special Issue: 371 (2011) (in Russian).
  5. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, S. B. Pilyaeva, and O. G. Bezrukavaya, Metall. Min. Ind., No. 3: 58 (2002).
  6. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, and V. P. Balakin, Metallurgia, 35, No. 2: 65 (1996).
  7. I. M. Spyrydonova, O. V. Sukhova, and G. V. Zinkovskij, Metall. Min. Ind., 4, No. 4: 2 (2012).
  8. E. Huttunen-Saarivirta, J. Alloys Compd., 363, Nos. 1–2: 154 (2004). Crossref
  9. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Technologii, No. 6: 77 (2018) (in Ukrainian). Crossref
  10. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 11: 1475 (2018) (in Ukrainian). Crossref
  11. A. S. Ivanov, V. S. Kruglov, A. F. Pal’, A. N. Ryabinkin, A. O. Serov, D. S. Shaytura, A. N. Starostin, A. V. Gavrikov, O. F. Petrov, and V. E. Fortov, Techn. Phys. Lett., No. 19: 57 (2011).
  12. B. Grushko, Philos. Mag. Lett., 66, No. 3: 151 (1992). Crossref
  13. M. Zhu, G. Yang, and L. Yao, J. Mater. Sci., 45, No. 14: 3727 (2010). Crossref
  14. O. Sukhova and Yu. Syrovatko, The Journal of Zhytomyr State Technological University. Series: Engineering, No. 2(82): 189 (2018) (in Ukrainian). Crossref
  15. E. V. Sukhovaya, The Paton Welding Journal, No. 1: 20 (2014). Crossref
  16. L. D. Landau and E. M. Lifshits, Statisticheskaya Fizika [Statistical Physics] (Moscow: Nauka: 1976) (in Russian).
  17. I. M. Lifshits, JETP Lett., 4: 22 (1952) (in Russian).