Фазові перетворення у процесі механічного легування порошків евтектичного складу систем Al–Cu і Al–Cu/С та їх вплив на структуру і властивості композитів

Я. И. Матвиенко$^{1}$, А. Д. Рудь$^{1}$, С. С. Полищук$^{1}$, Н. Д. Рудь$^{1}$, С. А. Демченков$^{2}$, А. Ю. Клепко$^{2}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна

Отримано: 02.08.2019. Завантажити: PDF

За допомогою механічного легування (МЛ) елементарних порошків та наступного холодного і гарячого пресування були отримані композити Al-33% ваг. Cu і Al–33% ваг. Cu/5% ваг. C. Особливості фазових перетворень в отриманих порошкових зразках і композитах досліджували за допомогою рентгеноструктурного аналізу і сканувальної електронної мікроскопії. МЛ впродовж 1–2 годин приводить до інтенсифікації реакційних процесів і розчинення міді у алюмінії з утворенням пересиченого твердого розчину Al(Cu), що містить до 4,9% ат. і 1,3% ат. міді в порошках Al–33% ваг. Cu і Al–33% ваг. Cu/5% ваг. С відповідно. Подальше МЛ приводить до формування метастабільної ОЦК-Al$_4$Cu$_9$ і стабільної ОЦТ-Al$_2$Cu фаз, а фазовий склад обох порошкових сумішей після 8 годин помелу включає 3 кристалічні фази: Al(Cu), Al$_4$Cu$_9$ і Al$_2$Cu. Також показано, що введення 5% ваг. графіту в процесі помелу сприяє подрібненню металевих порошків та їх обволіканню частинками графіту. Кристалічна структура графіту трансформується в аморфну в процесі МЛ. Гаряче пресування призводить до розпаду метастабільної Al$_4$Cu$_9$ фази у всіх композитах, а також до формування карбіду Al$_4$C$_3$ в композитах складу Al–Cu/С. Розглянуто вплив фазового складу (наявність метастабільної Al$_4$Cu$_9$ і стабільної Al$_2$Cu фаз, карбіду Al$_4$C$_3$) і модифікації мікроструктури механоактивованих порошків на механічні властивості композитів після холодного і гарячого пресування. Обговорюються можливі механізми зміцнення Al–Cu і Al–Cu/C композитів.

Ключові слова: Al–Cu/C, зміцнені графітом металоматричні композити, механічне легування, порошкова металургія, холодне і гаряче пресування.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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