Фазовые превращения в процессе механического легирования порошков эвтектического состава систем Al–Cu и Al–Cu/С и их влияние на структуру и свойства композитов

Я. І. Матвієнко$^{1}$, О. Д. Рудь$^{1}$, С. С. Поліщук$^{1}$, М. Д. Рудь$^{1}$, С. О. Демченков$^{2}$, О. Ю. Клепко$^{2}$

$^{1}$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: 02.08.2019. Скачать: PDF

С помощью механического легирования (МЛ) элементарных порошков и последующего холодного и горячего прессования были получены композиты Al–33% вес. Cu и Al–33% вес. Cu/5% вес. C. Особенности фазовых превращений в полученных порошковых образцах и композитах исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии. МЛ в течение 1–2 часов приводит к интенсификации реакционных процессов и растворению меди в алюминии с образованием пересыщенного твёрдого раствора Al (Cu), содержащего до 4,9 ат.% и 1,3 ат.% меди в порошках Al–33% вес. Cu и Al–33% вес. Cu/5% вес. С соответственно. Дальнейшее МЛ приводит к формированию метастабильной ОЦК-Al$_4$Cu$_9$ и стабильной ОЦТ-Al$_2$Cu фаз, а фазовый состав обеих порошковых смесей после 8 часов помола включает 3 кристаллические фазы: Al(Cu), Al$_4$Cu$_9$ и Al$_2$Cu. Показано также, что введение 5% вес. графита в процессе помола способствует измельчению металлических порошков и их обволакиванию частицами графита. Кристаллическая структура графита трансформируется в аморфную в процессе МЛ. Горячее прессование приводит к распаду метастабильной Al$_4$Cu$_9$ во всех композитах, а также формированию карбида Al$_4$C$_3$ в композитах состава Al–Cu/C. Рассмотрено влияние фазового состава (наличие метастабильной Al$_4$Cu$_9$ и стабильной Al$_2$Cu фаз, Al$_4$C$_3$) и модификации микроструктуры механоактивированных порошков на механические свойства композитов после холодного и горячего прессования. Обсуждаются возможные механизмы упрочнения Al–Cu и Al–Cu/C композитов.

Ключевые слова: Al–Cu/C, упрочнённые графитом металломатричные композиты, механическое легирование, порошковая металлургия, холодное и горячее прессование.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i11/1519.html

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


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. D. W. Wolla, M. J. Davidson, and A. K. Khanra, Mater. Design., 59: 151 (2014). Crossref
  2. Q. Kong, L. Lian, Y. Liu, and J. Zhang, Mater. Manuf. Processes, 29: 1232 (2014). Crossref
  3. M. Aravind, P. Yu, M. Yu. Yau, and D. H. L. Ng, Mater. Sci. Eng. A, 380: 384 (2004). Crossref
  4. K. Kim, D. Kim, K. Park, M. Cho, S. Cho, and H. Kwon, Materials, 12, Iss. 9: 1546 (2019). Crossref
  5. Ya. I. Matvienko, S. S. Polishchuk, A. D. Rud, T. M. Mika, V. I. Bondarchuk, and S. O. Demchenkov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 8: 981 (2019) (in Ukrainian). Crossref
  6. P. Wang, L. Deng, K. P. Prashanth, S. Pauly, J. Eckert, and S. Scudino, J. Alloys Compd., 735: 2263 (2018). Crossref
  7. R. Casati and M. Vedani, Metals, 4: 65 (2014). Crossref
  8. D. H. Nam, I. Ch. Seung, K. L. Byung, M. P. Hoon, S. H. Do, and H. H. Soon, Carbon, 50: 2417 (2012). Crossref
  9. J. L. Hernández, J. J. Cruz, C. Gómez, O. Coreño, and R. Martínez-Sanchez, Mater. Trans., 5: 1120 (2010). Crossref
  10. C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci., 1: 46 (2001). Crossref
  11. F. Li, K. N. Ishihara, and P. H. Singu, Metall. Trans. A, 22: 2849 (1991). Crossref
  12. M. B. Makhlouf, T. Bachaga, J. J. Sunol, M. Dammak, and M. Khitouni, Metals, 6: 145 (2016). Crossref
  13. A. Molina-Ocampo, R. A. Rodriguez-Diaz, A. Sedano, S. Serna et al., Digest J. Nanomaterials Biostructures, 11, No. 2: 3 (2016).
  14. T. Sanmugansudaram, M. Heilmaier, B. S. Murty, and V. S. Sarma, Metal. Mater. Trans. A, 40A: 2798 (2009). Crossref
  15. P. P. Chattopadhyay and E. I. Manna, Mater. Manufac. Processes, 17, Iss. 5: 583 (2007). Crossref
  16. R. Besson, M. Avettand-Fenoel, L. Thuinet, J. Kwon, A. Addad, P. Roussel, and A. Lergis, Acta Mater., 87, Iss. 1: 216 (2015). Crossref
  17. J. C. de Lima, D. M. Triches, V. H. F. dos Santos, and T. A. Grandi, J. Alloy Compd., 282: 258 (1999). Crossref
  18. R. Visnov, F. Ducastelle, and G. Treglia, J. Phys. F: Met. Phys., 12: 441e7 (1982). Crossref
  19. F. Rosa, J. R. Romero-Romero, J. L. López-Miranda, A. G. Hernández-Torres, and G. Rosas, Intermetallics, 61: 51 (2015). Crossref
  20. P. Yu. Butyagin and A. N. Streletskii, Phys. Solid State, 47, Iss. 5: 856 (2005). Crossref
  21. K. S. W. Sing, D. H. Everett, R. A. W. Haul, L. Moscou, R. A. Pierotti, J. Rouquerol, and T. Siemieniewska, Pure Appl. Chem., 57: 603 (1985).
  22. Determination of the Specific Surface Area of Solids by Gas Adsorption—BET Method (Second Edition of ISO 9277 ISO) (Geneva: 2010).
  23. L. G. Khvostantsev, L. F. Vereshchagin, and A. P. Novikov, High Temp.–High Pres., 9, Iss. 6: 637 (1977).
  24. G. K. Williamson and W. H. Hall, Acta Metal., 1: 22 (1953). Crossref
  25. S. S. Gorelik, Yu. A. Skakov, and L. N. Rastorguev, Rentgenograficheskiy i Elektronno-Opticheskiy Analiz (Moscow: MISIS: 1994) (in Russian).
  26. M. Draissia and M.-Ya. Debili, Central European J. Phys., 3, Iss. 3: 395 (2005). Crossref
  27. J. Axon and W. Hume-Rothery, Proc. Roy. Soc. A, 193: 1 (1948). Crossref
  28. J. Zhao, Yu. Duan, X. Wang, and B. Wang, J. Phys. D: Appl. Phys., 46: 015304 (2013). Crossref
  29. W. Oliver and G. Pharr, J. Mater. Res., 7: Iss. 6: 1564 (1992). Crossref
  30. S. R. Ignatovich, I. M. Zakiev, and D. I. Borisov, Strength Mater., 38, Iss. 4: 428 (2006). Crossref
  31. Yu. V. Milman, J. Phys. D: Appl. Phys., 41: 074013 (2008). Crossref
  32. N. Larionova, R. Nikonova, and V. Ladyanov, Adv. Powder Technol., 29, Iss. 2: 399 (2018). Crossref
  33. W. Qin, Z. H. Chen, P. Y. Huang, and Y. H. Zhuang, J. Alloys Compd., 292, Iss. 1–2: 230 (1999). Crossref
  34. W. Qin, T. Nagase, Y. Umakosh, and J. A. Szpunar, Philos. Magazine Lett., 88: 169 (2008). Crossref
  35. L. F. Mondolfo and F. Lucio, Aluminum Alloys: Structure and Properties (London–Boston: Butterworth: 1976), p. 236. Crossref
  36. A. N. Streletskii, I. V. Kolbanev, A. B. Borunova, A. V. Leonov, and P. Yu. Butyagin, Colloid Journal, 66, Iss. 6: 729 (2014). Crossref
  37. S. Goana-Jimenez, R. A. Rodriguez-Diaz, A. Sedano, J. Porcayo-Calderon et al., Digest J. Nanomaterials Biostructures, 12, Iss. 2: 449 (2017).
  38. J. B. Fogagnolo, D. Amador, E. M. Ruiz-Navas, and J. M. Torralba, Mater. Sci. Eng. A, 433: 45 (2006). Crossref
  39. Ya. I. Matvienko, A. Rud, S. Polishchuk, Yu. Zagorodniy, N. Rud, and V. Trachevski, Applied Nanoscience, (2019). Crossref
  40. S. Tikhov, T. Minyukova, K. Valeev, S. Cherepanova, A. Salanov, V. Kaichev et al., RSC Advances, 7, Iss. 67: 42443 (2017). Crossref
  41. L. S. Gomez-Villalba, M. L. Delgado, and E. M. Ruiz-Navas, Mater. Chem. Phys., 132: 125 (2012). Crossref
  42. M. Draissia and M.-Ya. Debili, Central European J. Phys., 3, Iss. 3: 395 (2005). Crossref
  43. J. Fan and J. Njuguna, Light Weight Composite Structures in Transport, 3: 34 (2016). Crossref
  44. M. Braunovic, L. Rodrigue, and D. Gagnon, Proceedings of the 54th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts (2008). Crossref
  45. G. Gubbels, M. Kouters, O. O’Halloran, and R. Rongen, 3rd Electronics System Integration Technology Conference ESTC (September 13–16, 2010, Berlin). Crossref
  46. C. S. Tiwary, D. R. Mahapatra, and K. Chattopadhyay, Appl. Phys. Lett., 101: 171901-171901-4 (2012). Crossref
  47. C. S. Tiwary, D. R. Mahapatra, and K. Chattopadhyay, Appl. Phys. Lett., 115: 203502 (2014). Crossref
  48. P. Matli, U. Fareeha, R. Shakoor, and A. Mohamed, J. Mater. Res. Technol., 7, No. 2: 165 (2018). Crossref
  49. K. Edalati, Z. Horita, and R. Z. Valiev, Sci. Rep., 8: 6740 (2018). Crossref
  50. B. Guo, B. Chen, X. Zhang et al., Carbon, 135: 224 (2018). Crossref
  51. L. Cui, R. Lu, and D. Ma, Materials, 11: 538 (2018). Crossref