RU2595080C1 - Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof - Google Patents
Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595080C1 RU2595080C1 RU2015116514/02A RU2015116514A RU2595080C1 RU 2595080 C1 RU2595080 C1 RU 2595080C1 RU 2015116514/02 A RU2015116514/02 A RU 2015116514/02A RU 2015116514 A RU2015116514 A RU 2015116514A RU 2595080 C1 RU2595080 C1 RU 2595080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- aluminum
- oxide
- ultrasound
- composite material
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, в частности к высокопрочным композиционным материалам (композитам) на основе алюминия и способам их получения. Группа изобретений может быть использована в качестве конструкционных материалов в ракетно-космической технике, авиации и машиностроении.The group of inventions relates to the field of powder metallurgy, in particular to high-strength composite materials (composites) based on aluminum and methods for their preparation. The group of inventions can be used as structural materials in rocket and space technology, aviation and mechanical engineering.
Многие исследования в области упрочнения металлов наночастицами керамик проведены на концентрациях последних более 1% об., в основном способами литья и горячей экструзии [Hashim, J1 The Prodaction of Cast Metal Matrix Compositese by a Modified Stir Casting Metod / J.Hashim // Jurnal Teknologi; - 2001. - 35(A) Dis.: 9-20, Ray, S. Review Synthesis of cast metal matrix particulate composites / S.Ray // Journal of Materials Science. - 1993. - 28. - P. 5397-5413]. Кроме того, ввод наночастиц различных материалов в жидкий или порошковый алюминий представляет определенную сложность, особенно с повышением их концентраций, ввиду склонности наночастиц к агрегированию. Сильная агрегированность наночастиц может привести к формированию пустот в матрице, что существенно ухудшит эксплуатационные свойства материала. Существуют некоторые работы о влиянии наночастиц на свойства материалов в концентрациях от 0,25 об.% и выше [Ibrahim A. Particulate reinforced metal matrix composites - a review/ A. Ibrahim, F.A. Mohamed, E.J. Lavernia// Journal of materials science. - 1991. - №26. P. 1137-1156]. Однако малоизученным остается вопрос о влиянии малых добавок наночастиц на свойства металлов и сплавов в концентрациях менее 0,25 об.%.Many studies in the field of hardening of metals by ceramic nanoparticles were carried out at concentrations of the latter more than 1% vol., Mainly by casting and hot extrusion [Hashim, J1 The Prodaction of Cast Metal Matrix Compositese by a Modified Stir Casting Method / J. Hashim // Jurnal Teknologi ; - 2001. - 35 (A) Dis .: 9-20, Ray, S. Review Synthesis of cast metal matrix particulate composites / S. Ray // Journal of Materials Science. - 1993. - 28. - P. 5397-5413]. In addition, the introduction of nanoparticles of various materials into liquid or powder aluminum presents a certain difficulty, especially with an increase in their concentrations, due to the tendency of nanoparticles to aggregate. Strong aggregation of nanoparticles can lead to the formation of voids in the matrix, which will significantly impair the operational properties of the material. There are some works on the effect of nanoparticles on the properties of materials in concentrations from 0.25 vol.% And higher [Ibrahim A. Particulate reinforced metal matrix composites - a review / A. Ibrahim, F.A. Mohamed, E.J. Lavernia // Journal of materials science. - 1991. - No. 26. P. 1137-1156]. However, the question of the effect of small additions of nanoparticles on the properties of metals and alloys in concentrations of less than 0.25 vol.% Remains poorly understood.
В литературе часто отмечают, что то или иное свойство материала с повышением концентрации наночастиц до десятков процентов резко изменяется, имея один экстремум на диаграмме свойство/концентрация. Однако исследования показывают существование двух экстремумов, не только на большой концентрации наночастиц, но и на очень малой (порядка сотых и тысячных долей процента). Кроме того, содержание на уровне 2-3 об.% не оправдано с т.з. использования при высоких температурах из-за огромного влияния запасенного химического потенциала наночастиц на свойства границ зерен, дислокаций и вследствие чего на механические характеристики композита.It is often noted in the literature that a particular property of a material changes sharply with an increase in the concentration of nanoparticles to tens of percent, having one extremum in the property / concentration diagram. However, studies show the existence of two extremes, not only at a high concentration of nanoparticles, but also at a very small one (on the order of hundredths and thousandths of a percent). In addition, the content at the level of 2-3 vol.% Is not justified with t.z. use at high temperatures due to the enormous influence of the stored chemical potential of nanoparticles on the properties of grain boundaries, dislocations and, as a result, on the mechanical characteristics of the composite.
Известен материал на основе алюминия [Kang Y.C. Tensile properties of nanometric A1203 particulate-reinforced aluminum matrix composites/ Y.C. Kang, S.L.-I. Chan // Materials chemistry and physics - 2004. - 85. - P. 438-443] с содержанием наночастиц 1-10 об.% Аl2O3. При этом его твердость по сравнению с чистым алюминием, приготовленным по аналогичной технологии, увеличивалась в 2 раза при содержании 9 об.% наночастиц.Known material based on aluminum [Kang YC Tensile properties of nanometric A1203 particulate-reinforced aluminum matrix composites / YC Kang, SL-I. Chan // Materials chemistry and physics - 2004. - 85. - P. 438-443] with the content of nanoparticles 1-10 vol.% Al 2 O 3 . Moreover, its hardness compared to pure aluminum prepared by a similar technology increased by 2 times at a content of 9 vol.% Nanoparticles.
В последние годы различными исследователями выполнены работы по созданию алюмокомпозитов с наночастицами керамики в концентрациях от 0,75 об.% и более по жидкофазной и твердофазной технологиям [Смотри, например, статьи Borgonovo С. Aluminium nano-composites for elevated temperature applications, - 2010 Worchester polytechnic institute, - 80 p., Mazahery Α., Osfadshabani M. Investigation on mechanical properties of nano-Al2O3-reinforced aluminum matrix composites.//Journal of Composite Materials, 45 (24), 2011. - P. 2579-2586., Hemanth J. Development and property evaluation of aluminum alloy reinforced nano-ZrO2 metal matrix composites (NMMCs).//Material Science and Engineering A 507, 2009. - P. 110-113].In recent years, various researchers have performed work on the creation of aluminum composites with ceramic nanoparticles in concentrations from 0.75 vol.% Or more on liquid-phase and solid-phase technologies [See, for example, articles by Borgonovo C. Aluminum nano-composites for elevated temperature applications, - 2010 Worchester polytechnic institute, - 80 p., Mazahery Α., Osfadshabani M. Investigation on mechanical properties of nano-Al 2 O 3 -reinforced aluminum matrix composites.// Journal of Composite Materials, 45 (24), 2011 .-- P. 2579 -2586., Hemanth J. Development and property evaluation of aluminum alloy reinforced nano-ZrO 2 metal matrix composites (NMMCs). // Material Science and Engineering A 507, 2009. - P. 110-113].
Известен сплав на основе алюминия с добавками оксидных частиц Аl2O3 и SiO2 размерами 0,001-1,0 мкм в количестве от 1 до 15% масс. (патент RU 2196840, 20.01.2003). К недостаткам можно отнести наличие пор, которые образуются из-за кластеризации нанодобавок при высокой концентрации, а также то, что высокое содержание нанодобавок существенно повышает цену материала.Known aluminum-based alloy with additions of oxide particles of Al 2 O 3 and SiO 2 in size 0.001-1.0 microns in an amount of from 1 to 15 wt%. (patent RU 2196840, 01.20.2003). The disadvantages include the presence of pores, which are formed due to the clustering of nanoadditives at a high concentration, as well as the fact that a high content of nanoadditives significantly increases the price of the material.
Из авторского свидетельства SU 316742, 1970 известен коррозионный сплав на основе алюминия, содержащий алюминиевую основу, титан (0,2-2,0%); молибден (0,1-1,0%); ванадий (0,01-1,0%); оксид алюминия (0,01-1,0%), а также примеси: железо (не более 0,5%); кремний (не более 0,5%); марганец (не более 0,5%); цинк (не более 0,5%); медь (не более 0,5%). К недостаткам можно отнести влияние неравномерного распределения примесей на свойства материала и наличие редких дорогостоящих металлов в составе материала.From the copyright certificate SU 316742, 1970, an aluminum-based corrosive alloy is known containing an aluminum base, titanium (0.2-2.0%); molybdenum (0.1-1.0%); vanadium (0.01-1.0%); aluminum oxide (0.01-1.0%), as well as impurities: iron (not more than 0.5%); silicon (not more than 0.5%); manganese (not more than 0.5%); zinc (not more than 0.5%); copper (not more than 0.5%). The disadvantages include the influence of the uneven distribution of impurities on the properties of the material and the presence of rare expensive metals in the composition of the material.
В уровне техники (патент RU 2440433, 22.10.2010) раскрыт наноструктурный композиционный материал на основе алюминия, состоящий из алюминиевого сплава с размером зерен от 5 до 150 нм и упрочняющих наночастиц, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих наночастиц он содержит фуллерен С60 в количестве 0,5÷12 вес.% в молекулярной форме, причем молекулы С60 расположены на поверхности зерен алюминиевого сплава. К недостаткам известного композиционного материала можно отнести следующее: технологическая цепочка включает дополнительную обработку материала после спекания, что усложняет процесс, делает его ресурсоемким; отсутствуют сведения о равномерности распределения добавки фуллеренов при заявленных концентрациях, что может стать причиной высокой градиентности свойств материала, возникновения пористости и дефектов микроструктуры. Кроме того, применение порошка алюминий-марганцевого сплава и фуллерена С60 увеличивает стоимость материала. Также возможно взаимодействие примесей с фуллереном, при этом не определено влияние этого взаимодействия на свойства композита.In the prior art (patent RU 2440433, 10.22.2010), an aluminum-based nanostructured composite material is disclosed, consisting of an aluminum alloy with grain sizes from 5 to 150 nm and reinforcing nanoparticles, characterized in that it contains C60 fullerene in the amount of reinforcing nanoparticles 0.5 ÷ 12 wt.% In molecular form, and C60 molecules are located on the surface of the grains of aluminum alloy. The disadvantages of the known composite material include the following: the technological chain includes additional processing of the material after sintering, which complicates the process, makes it resource intensive; there is no information about the uniformity of the distribution of fullerene additives at the stated concentrations, which can cause a high gradient of material properties, the appearance of porosity and microstructure defects. In addition, the use of aluminum-manganese alloy powder and C60 fullerene increases the cost of the material. It is also possible the interaction of impurities with fullerene, while the influence of this interaction on the properties of the composite is not determined.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой группе изобретений является опубликованная заявка CN 102747254 А, 24.10.2012. В данном источнике раскрыт дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе алюминиевой матрицы, армированной наночастицами оксидной керамики, причем количество наночастиц составляет 1-10 об.%, а также способ получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной наночастицами оксидной керамики, включающий смешение компонентов в шаровой мельнице, их горячее прессование и спекание. Недостатком наиболее близкого аналога является то, что содержание в композиционном материале наночастиц оксидной керамики в количестве более 1 об.% может привести к возникновению микродефектов и адгезионной поврежденности композиционного материала в местах контакта наночастиц с алюминиевой матрицей. Сильная агрегированность наночастиц при высоких концентрациях может привести к формированию пустот в матрице, что существенно ухудшит эксплуатационные свойства материала. Известный из наиболее близкого аналога способ получения композиционного материала не обеспечивает необходимого равномерного распределения наночастиц оксидной керамики в алюминиевой матрице.The closest analogue to the proposed group of inventions is the published application CN 102747254 A, 10.24.2012. This source discloses a dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix reinforced with oxide ceramic nanoparticles, the amount of nanoparticles being 1-10 vol.%, As well as a method for producing a dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix reinforced with nanoparticles of oxide ceramic, including mixing of components in a ball mill, their hot pressing and sintering. The disadvantage of the closest analogue is that the content in the composite material of oxide ceramic nanoparticles in an amount of more than 1 vol.% Can lead to microdefects and adhesive damage to the composite material at the contact points of the nanoparticles with the aluminum matrix. Strong aggregation of nanoparticles at high concentrations can lead to the formation of voids in the matrix, which will significantly impair the operational properties of the material. Known from the closest analogue, a method for producing a composite material does not provide the necessary uniform distribution of oxide ceramic nanoparticles in an aluminum matrix.
Задачей предлагаемой группы изобретений является устранение вышеуказанных недостатков и получение дисперсно-упрочненного композиционного материала с улучшенными свойствами.The task of the proposed group of inventions is to eliminate the above disadvantages and obtain a dispersion-hardened composite material with improved properties.
Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является наиболее равномерное распределение наночастиц оксидной керамики в алюминиевой матрице и, как следствие, улучшение физико-механических свойств получаемого композиционного материала.The technical result of the proposed group of inventions is the most uniform distribution of oxide ceramic nanoparticles in an aluminum matrix and, as a result, the improvement of the physicomechanical properties of the resulting composite material.
Для решения технической задачи и достижения технического результата предлагается способ получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной наночастицами оксидной керамики, включающий обработку шихты в шаровой мельнице, прессование и спекание. При этом предварительно наночастицы оксидной керамики диспергируют ультразвуком в этаноле с получением суспензии, к порошку алюминия добавляют микропорошок меди и диспергируют ультразвуком смесь порошков алюминия и меди в этаноле. Затем в полученную суспензию с порошками алюминия и меди вводят при постоянном перемешивании и воздействии ультразвука полученную суспензию наночастиц оксидной керамики в количестве, обеспечивающем получение композиционного материала с содержанием армирующих наночастиц оксидной керамики 0,01÷0,15 об.%. Сушат полученную суспензию на воздухе с получением шихты, при этом прессование шихты осуществляют методом одноосного холодного прессования, а спекание проводят в форвакууме с обеспечением образования включений в алюминиевой матрице в виде интерметаллидных фаз CuAl2 в количестве 1÷3 об.%. Предложенным способом получают дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе алюминиевой матрицы, армированной наночастицами оксидной керамики.To solve the technical problem and achieve the technical result, a method for producing a dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix reinforced with oxide ceramic nanoparticles, including processing the mixture in a ball mill, pressing and sintering, is proposed. In this case, the oxide ceramic nanoparticles are preliminarily dispersed by ultrasound in ethanol to obtain a suspension, copper micropowder is added to the aluminum powder, and a mixture of aluminum and copper powders in ethanol is dispersed by ultrasound. Then, the resulting suspension of oxide ceramic nanoparticles in an amount providing a composite material with a content of reinforcing oxide ceramic nanoparticles of 0.01 ÷ 0.15 vol.% Is introduced into the resulting suspension with aluminum and copper powders with constant stirring and exposure to ultrasound. The resulting suspension is dried in air to obtain a mixture, while the mixture is pressed by uniaxial cold pressing, and sintering is carried out in a forevacuum to ensure the formation of inclusions in the aluminum matrix in the form of CuAl 2 intermetallic phases in an amount of 1 ÷ 3 vol.%. The proposed method receive dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix reinforced with oxide ceramic nanoparticles.
Наночастицы могут диспергировать ультразвуком с мощностью 100 Вт в этаноле в течение 5 минут.Nanoparticles can be dispersed by ultrasound with a power of 100 W in ethanol for 5 minutes.
Смесь порошков алюминия и меди могут быть диспергированы ультразвуком с мощностью 40 Вт в этаноле в течение 10 минут с непрерывным перемешиванием мешалкой со скоростью 300 об/мин.A mixture of aluminum and copper powders can be dispersed by ultrasound with a power of 40 W in ethanol for 10 minutes with continuous stirring with a stirrer at a speed of 300 rpm.
Суспензию с наночастицам вводят в суспензию с алюминием и медью при непрерывном перемешивании с частотой 400 об/мин и воздействии ультразвука с мощностью 80 Вт в течение 10 минут.The suspension with nanoparticles is introduced into a suspension with aluminum and copper with continuous stirring at a frequency of 400 rpm and exposure to ultrasound with a power of 80 W for 10 minutes.
Смешение в шаровой мельнице могут осуществлять в течение 24 часов при скорости 30 об/мин.Mixing in a ball mill can be carried out for 24 hours at a speed of 30 rpm
Холодное прессование могут проводить при давлении 400 МПа.Cold pressing can be carried out at a pressure of 400 MPa.
Спекание могут проводить в форвакууме при температуре 650°С в течение 180 минут.Sintering can be carried out in forevacuum at a temperature of 650 ° C for 180 minutes.
Армирующие наночастицы оксидной керамики представляют собой оксид магния,или оксид циркония, или оксид кремния, или оксид алюминия.Reinforcing nanoparticles of oxide ceramics are magnesium oxide, or zirconium oxide, or silicon oxide, or aluminum oxide.
Ввод в матрицу на основе алюминиевого порошка наночастиц оксидов в количестве 0,01÷0,15 об.% может открыть новые возможности для применения его в ряде отраслей промышленности. Наночастицы приводят к повышению функциональных свойств порошковых материалов по ряду причин:The introduction of oxide nanoparticles in an amount of 0.01 ÷ 0.15 vol.% Into a matrix based on aluminum powder can open up new possibilities for its use in a number of industries. Nanoparticles increase the functional properties of powder materials for a number of reasons:
1. Активация процесса спекания. Обладая высокой концентрацией поверхностных атомов, наночастицы способствуют понижению температуры спекания.1. Activation of the sintering process. With a high concentration of surface atoms, nanoparticles contribute to lower sintering temperatures.
2. Измельчение зерен матрицы. Наночастицы на границах зерен матрицы препятствуют их рекристаллизации.2. Grinding matrix grains. Nanoparticles at the grain boundaries of the matrix prevent their recrystallization.
3. Дисперсионное упрочнение. Наночастицы на границах зерен металла препятствуют скольжению дислокаций. Кроме того, они являются концентраторами напряжений вокруг себя, которые препятствуют разрушению материала.3. Dispersion hardening. Nanoparticles at the grain boundaries of the metal interfere with the slip of dislocations. In addition, they are stress concentrators around themselves, which prevent the destruction of the material.
На Фиг. 1 показана микроструктура спеченного порошка алюминия без наночастиц.In FIG. 1 shows the microstructure of a sintered aluminum powder without nanoparticles.
На Фиг. 2 приведена микроструктура образца дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминиевой матрицы с интерметаллидными включениями в виде интерметаллидных фаз CuAl2 в количестве 3 об.%, армированной наночастицами оксида магния в количестве 0,01 об.%.In FIG. Figure 2 shows the microstructure of a sample of a dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix with intermetallic inclusions in the form of intermetallic phases CuAl 2 in an amount of 3 vol.% Reinforced with magnesium oxide nanoparticles in an amount of 0.01 vol.%.
Для получения предлагаемых композитов может быть использован порошок АСД-4 на основе алюминия (средний диаметр частиц 4 мкм, чистота 99,7%, ТУ 48-5-226-87), а также микропорошок меди со средним диаметром частиц 2 мкм и чистотой 99,7% (ГОСТ 4960-75).To obtain the proposed composites, aluminum-based ASD-4 powder can be used (average particle diameter of 4 μm, purity 99.7%, TU 48-5-226-87), as well as copper micropowder with an average particle diameter of 2 μm and a purity of 99 , 7% (GOST 4960-75).
В общем виде способ получения предлагаемых композиционных материалов включает несколько стадий:In general terms, the method of obtaining the proposed composite materials includes several stages:
1) Вначале приготавливается суспензия из наночастиц Аl2О3, или ZrO2, или MgO, или SiO2 в этаноле, известное количество наночастиц диспергируется ультразвуком с мощностью 100 Вт в этаноле в течение 5 минут с соотношением твердое/жидкое =1/1000.1) First, a suspension is prepared from nanoparticles of Al 2 O 3 , or ZrO 2 , or MgO, or SiO 2 in ethanol, a known amount of nanoparticles is dispersed by ultrasound with a power of 100 W in ethanol for 5 minutes with a ratio of solid / liquid = 1/1000.
2) Затем активируется порошок алюминия с добавкой меди путем диспергирования в этаноле под воздействием ультразвука малой мощности 40 Вт в течение 10 минут с непрерывным перемешиванием мешалкой с частотой 300 об/мин.2) Then, aluminum powder with the addition of copper is activated by dispersing in ethanol under the influence of low-power ultrasound of 40 W for 10 minutes with continuous stirring with a stirrer with a frequency of 300 rpm.
3) После чего нужное количество суспензии с наночастицам вводится в суспензию с алюминием и медью при непрерывном перемешивании с частотой 400 об/мин и воздействии ультразвука с мощностью 80 Вт в течение 10 минут.3) After that, the required amount of the suspension with nanoparticles is introduced into the suspension with aluminum and copper with continuous stirring at a frequency of 400 rpm and exposure to ultrasound with a power of 80 W for 10 minutes.
4) Затем происходит сушка суспензии на воздухе при температуре 25°С в течение 48 часов.4) Then the suspension is dried in air at a temperature of 25 ° C for 48 hours.
5) После чего высушенную суспензию помещают в шаровую мельницу и осуществляют ее обработку с использованием керамических размольных тел. Смешение происходит в течение 24 часов при скорости 30 об/мин. При этом получается шихта следующего состава: медь - 3÷5 об.%, наночастицы оксидной керамики - 0,01÷0,15 об.%, алюминий - остальное.5) After that, the dried suspension is placed in a ball mill and processed using ceramic grinding bodies. Mixing occurs within 24 hours at a speed of 30 rpm. In this case, a mixture of the following composition is obtained: copper - 3 ÷ 5 vol.%, Nanoparticles of oxide ceramics - 0.01 ÷ 0.15 vol.%, Aluminum - the rest.
6) Далее порошок загружают в пресс-форму и прессуют при давлении 400 МПа.6) Next, the powder is loaded into the mold and pressed at a pressure of 400 MPa.
7) Спекание проводят в форвакууме при температуре 650°С в течение 180 минут. Охлаждение полученных композитов осуществляется с печью.7) Sintering is carried out in forevacuum at a temperature of 650 ° C for 180 minutes. The cooling of the resulting composites is carried out with a furnace.
На выходе получается дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе алюминиевой матрицы, содержащей интерметаллидные включения в виде интерметаллидных фаз CuAl2 в количестве 1÷3 об.%, армированной наночастицами оксидной керамики, при этом количество армирующих наночастиц оксидной керамики в композите составляет 0,01÷0,15 об.%. Наличие в алюминиевой матрице интерметаллидных включений в виде интерметаллидных фаз CuAl2 обеспечивает упрочнение матрицы и, как следствие, дополнительное улучшение физико-механических свойств получаемого композиционного материала. Для обеспечения равномерного распределения наночастиц и их кластеров в матрице алюминия применяются их суспензии в этаноле, при этом для разбиения крупных агрегатов наночастиц осуществляется ультразвуковая обработка. Для активации алюминиевого порошка также используют его ультразвуковую обработку в этаноле. Как показали результаты рентгенофлуоресцентной спектроскопии, полученные холодным прессованием и спеканием в формакууме образцы алюминия с добавками наночастиц оксида магния, или оксида циркония, или оксида алюминия, или оксида кремния не имеют текстуры и, следовательно, изотропны в рамках массива зерен, а при синтезе образца не было градиентов воздействия (равномерный теплоотвод), что говорит о равномерности свойств по всему телу образца.The output is a dispersion-hardened composite material based on an aluminum matrix containing intermetallic inclusions in the form of CuAl 2 intermetallic phases in an amount of 1–3 vol.% Reinforced with oxide ceramic nanoparticles, while the amount of reinforcing oxide ceramic nanoparticles in the composite is 0.01 ÷ 0.15 vol.%. The presence in the aluminum matrix of intermetallic inclusions in the form of intermetallic phases CuAl 2 provides hardening of the matrix and, as a result, an additional improvement in the physicomechanical properties of the resulting composite material. To ensure uniform distribution of nanoparticles and their clusters in the aluminum matrix, their suspensions in ethanol are used, and ultrasonic processing is performed to break up large aggregates of nanoparticles. To activate the aluminum powder, its ultrasonic treatment in ethanol is also used. As shown by the results of X-ray fluorescence spectroscopy, aluminum samples obtained by cold pressing and sintering in the formacum with the addition of magnesium oxide, or zirconium oxide, or aluminum oxide, or silicon oxide nanoparticles have no texture and, therefore, are isotropic within the grain array, and in the synthesis of the sample there were gradients of exposure (uniform heat removal), which indicates the uniformity of properties throughout the body of the sample.
Группа изобретений поясняется следующими конкретными примерами.The group of inventions is illustrated by the following specific examples.
Пример 1Example 1
Приготавливают суспензии наночастиц MgO в этаноле в концентрации 0,4 г/л. Путем диспергирования ультразвуком с мощностью 100 Вт в течение 5 минут.Prepare suspensions of MgO nanoparticles in ethanol at a concentration of 0.4 g / L. By dispersing with ultrasound with a power of 100 W for 5 minutes.
Алюминиевый порошок с размером частиц 2-10 мкм, порошок меди с размером 1-4 мкм смешивают при частоте 300 об/мин в этаноле при воздействии ультразвуковых колебаний частотой 20 кГц и мощностью 40 Вт в течение 10 минут. После чего добавляют необходимое количество суспензии наночастиц MgO, например, для получения концентрации 0,01 об.% добавляют 1 мл суспензии. Перемешивание осуществляется непрерывно с увеличением скорости мешалки до 400 об/мин при подаче суспензии наночастиц и воздействии ультразвука частотой 20 кГц мощностью 80 Вт в течение 10 минут.Aluminum powder with a particle size of 2-10 microns, copper powder with a size of 1-4 microns are mixed at a frequency of 300 rpm in ethanol under the influence of ultrasonic vibrations with a frequency of 20 kHz and a power of 40 W for 10 minutes. Then add the required amount of a suspension of MgO nanoparticles, for example, to obtain a concentration of 0.01
Затем происходит сушка суспензии на воздухе при температуре 25°С в течение 48 часов.Then the suspension is dried in air at a temperature of 25 ° C for 48 hours.
После чего высушенную суспензию помещают в шаровую мельницу и обрабатывают механически с использованием керамических размольных тел. Смешение происходит в течение 24 часов при скорости 30 об/мин. При этом получается шихта следующего состава: медь - 3 об.%, наночастицы MgO - 0,01 об.%, алюминий - остальное.After that, the dried suspension is placed in a ball mill and processed mechanically using ceramic grinding bodies. Mixing occurs within 24 hours at a speed of 30 rpm. In this case, a mixture of the following composition is obtained: copper - 3 vol.%, MgO nanoparticles - 0.01 vol.%, Aluminum - the rest.
Далее полученную шихту загружают в пресс-форму и прессуют при давлении 400 МПа.Next, the resulting mixture is loaded into the mold and pressed at a pressure of 400 MPa.
Спекание проводят в форвакууме при температуре 650°С в течение 180 минут. Охлаждение осуществляется с печью.Sintering is carried out in forevacuum at a temperature of 650 ° C for 180 minutes. Cooling is done with the oven.
Пример 2Example 2
Приготавливают суспензии наночастиц ΖrO2 в этаноле в концентрации 0,2 г/л. Путем диспергирования ультразвуком с мощностью 100 Вт в течение 5 минут.Suspensions of ΖrO 2 nanoparticles in ethanol are prepared at a concentration of 0.2 g / L. By dispersing with ultrasound with a power of 100 W for 5 minutes.
Алюминиевый порошок с размером частиц 2-10 мкм, порошок меди с размером 1-4 мкм смешивают при частоте 300 об/мин в этаноле при воздействии ультразвуковых колебаний частотой 20 кГц и мощностью 40 Вт в течение 10 минут. После чего добавляют необходимое количество суспензии наночастиц ΖiO2, например, для получения концентрации 0,1 об.% добавляют 26 мл суспензии. Перемешивание осуществляется непрерывно с увеличением скорости мешалки до 400 об/мин при подаче суспензии наночастиц и воздействии ультразвука частотой 20 кГц мощностью 80 Вт в течение 10 минут.Aluminum powder with a particle size of 2-10 microns, copper powder with a size of 1-4 microns are mixed at a frequency of 300 rpm in ethanol under the influence of ultrasonic vibrations with a frequency of 20 kHz and a power of 40 W for 10 minutes. Then add the required amount of a suspension of ΖiO 2 nanoparticles, for example, to obtain a concentration of 0.1 vol.% Add 26 ml of the suspension. Mixing is carried out continuously with an increase in the speed of the stirrer up to 400 rpm when feeding a suspension of nanoparticles and exposure to ultrasound at a frequency of 20 kHz with a power of 80 W for 10 minutes.
Затем происходит сушка суспензии на воздухе при температуре 25°С в течение 48 часов.Then the suspension is dried in air at a temperature of 25 ° C for 48 hours.
После чего высушенную суспензию помещают в шаровую мельницу, обрабатывают механически с использованием керамических размольных тел. Смешение происходит в течение 24 часов при скорости 30 об/мин. При этом получается шихта следующего состава: медь - 3 об.%, наночастицы ZrO2 - 0,1 об.%, алюминий - остальное.After that, the dried suspension is placed in a ball mill, processed mechanically using ceramic grinding bodies. Mixing occurs within 24 hours at a speed of 30 rpm. In this case, a mixture of the following composition is obtained: copper - 3 vol.%, ZrO 2 nanoparticles - 0.1 vol.%, Aluminum - the rest.
Далее полученную шихту загружают в пресс-форму и прессуют при давлении 400 МПа.Next, the resulting mixture is loaded into the mold and pressed at a pressure of 400 MPa.
Спекание проводят в форвакууме при температуре 650°С в течение 180 минут. Охлаждение осуществляется с печью.Sintering is carried out in forevacuum at a temperature of 650 ° C for 180 minutes. Cooling is done with the oven.
Фотографии микроструктуры (Фиг. 2), полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, иллюстрируют равномерное распределение по размерам кластеров наночастиц оксидной керамики в алюминиевой матрице по границам зерен алюминия. Свойства некоторых полученных композитов указаны в таблице 1.Photographs of the microstructure (Fig. 2) obtained using a transmission electron microscope illustrate the uniform cluster size distribution of oxide ceramic nanoparticles in an aluminum matrix along the grain boundaries of aluminum. The properties of some of the resulting composites are shown in table 1.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116514/02A RU2595080C1 (en) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116514/02A RU2595080C1 (en) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2595080C1 true RU2595080C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015116514/02A RU2595080C1 (en) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2595080C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110791613A (en) * | 2019-09-30 | 2020-02-14 | 鞍钢股份有限公司 | Method for adding nano particles into steel, refining structure of nano particles and strengthening and toughening steel |
| RU2716965C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Method of producing aluminum-based nanostructure composite material |
| RU2716930C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Method of producing aluminum-based nanostructure composite material |
| RU2740495C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Сплав-Т" (ООО НПП "Сплав-Т") | Method of producing a powder mixture of bidisperse ceramic and metal particles |
| CN112831690A (en) * | 2021-01-06 | 2021-05-25 | 西安庄信新材料科技有限公司 | Preparation method of Ti-3Cu antibacterial material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196840C2 (en) * | 2000-07-18 | 2003-01-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Aluminum base alloy |
| US20040105775A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-03 | Bryan Prucher | Method of manufacturing dispersion strengthened copper and/or hyper-nucleated metal matrix composite resistance welding electrodes |
| RU2246379C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for producing composition material |
| RU2460815C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" | Method for obtaining composite powder material of metal-ceramics system of wear-resistant class |
| CN102747254A (en) * | 2012-07-27 | 2012-10-24 | 哈尔滨工业大学 | Reinforced intragranular aluminum matrix composites with nano ceramic particles added externally and preparation process thereof |
-
2015
- 2015-04-30 RU RU2015116514/02A patent/RU2595080C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196840C2 (en) * | 2000-07-18 | 2003-01-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Aluminum base alloy |
| US20040105775A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-03 | Bryan Prucher | Method of manufacturing dispersion strengthened copper and/or hyper-nucleated metal matrix composite resistance welding electrodes |
| RU2246379C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for producing composition material |
| RU2460815C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" | Method for obtaining composite powder material of metal-ceramics system of wear-resistant class |
| CN102747254A (en) * | 2012-07-27 | 2012-10-24 | 哈尔滨工业大学 | Reinforced intragranular aluminum matrix composites with nano ceramic particles added externally and preparation process thereof |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110791613A (en) * | 2019-09-30 | 2020-02-14 | 鞍钢股份有限公司 | Method for adding nano particles into steel, refining structure of nano particles and strengthening and toughening steel |
| RU2716965C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Method of producing aluminum-based nanostructure composite material |
| RU2716930C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Method of producing aluminum-based nanostructure composite material |
| RU2740495C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Сплав-Т" (ООО НПП "Сплав-Т") | Method of producing a powder mixture of bidisperse ceramic and metal particles |
| CN112831690A (en) * | 2021-01-06 | 2021-05-25 | 西安庄信新材料科技有限公司 | Preparation method of Ti-3Cu antibacterial material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Niteesh Kumar et al. | Mechanical properties of aluminium-graphene composite synthesized by powder metallurgy and hot extrusion | |
| Saboori et al. | Microstructure and thermal conductivity of Al–graphene composites fabricated by powder metallurgy and hot rolling techniques | |
| RU2595080C1 (en) | Dispersion-reinforced aluminium matrix-based composite material and method for production thereof | |
| Bajpai et al. | Investigation and testing of mechanical properties of Al-nano SiC composites through cold isostatic compaction process | |
| Jayakumar et al. | Property analysis of aluminium (LM-25) metal matrix composite | |
| Kumaresan et al. | Investigations on mechanical properties of micro-and nano-particulates (Al2 O3/B4C) reinforced in Al 7075 matrix composite | |
| Sedehi et al. | Mechanical properties and microstructures of reduced graphene oxide reinforced titanium matrix composites produced by spark plasma sintering and simple shear extrusion | |
| Khorramie et al. | Fabrication of aluminum matrix composites reinforced with Al2ZrO5 nano particulates synthesized by sol-gel auto-combustion method | |
| Arokiasamy et al. | Enhanced properties of Magnesium based metal matrix composites via Friction Stir Processing | |
| Saini et al. | Effect of graphite and rice husk-derived SiO2 on mechanical and thermal properties of re-sintered aluminium-based metal matrix hybrid nanocomposites | |
| Meng et al. | Highly ductile and mechanically strong Al-alloy/boron nitride nanosheet composites manufactured by laser additive manufacturing | |
| Xue et al. | Effects of sintering atmosphere on the mechanical properties of Al-Fe particle-reinforced Al-based composites | |
| Liu et al. | Powder processing methodology for production of graphene oxide reinforced aluminium matrix composites | |
| Zygmuntowicz et al. | Novel functionally gradient composites Al2O3-Cu-Mo obtained via centrifugal slip casting | |
| Aigbodion et al. | Effect of particle size on the fatigue behaviour of Al–Cu–Mg/bean pod ash particulate composites | |
| Krishna et al. | Microstructural characterization and investigation of thermal conductivity behaviour of Al 6061-SiC-Gr hybrid metal matrix composites | |
| Mu et al. | Microstructural evolution, precipitation and mechanical properties of ultrafine-grained and coarse-grained 2024 aluminum alloys fabricated by powder metallurgy | |
| Peng et al. | Microstructure and tensile properties of SiC particles reinforced AZ31 magnesium alloys prepared by multi-pass friction stir processing | |
| Abdel-Aziz et al. | Influence of casting mould wall thickness on the properties and microstructure of A356 alloy reinforced with micro/nanoalumina particles | |
| Lada et al. | Characterization of alumina–molybdenum composites prepared by gel casting method | |
| Iqbal et al. | Effect of reinforcement volume fraction on the mechanical properties of the Al-SiC nanocomposite materials | |
| Kumar et al. | Synergistic effects of graphene and ceria nanoparticulates on microstructure and mechanical behavior of stir-cast hybrid aluminum composite | |
| Vijay Kumar et al. | Synthesis and Characterization of Al356–ZrO2–SiC Hybrid Composites | |
| LIU et al. | Microstructure, interfacial reaction behavior, and mechanical properties of Ti3AlC2 reinforced Al6061 composites | |
| Prashanth et al. | Effect of Al2O3/Y2O3 in AA 7017 matrix nanocomposites on phase formation, microstructures and mechanical behavior synthesized by mechanical alloying and hot-pressing techniques |