Tin Bronze Reinforced with Cu9Al4 Particles:
Mechanochemical Synthesis and Consolidation
by Sintering under Pressure

T. F. Grigoreva; Григорьева Т. Ф.; S. A. Kovaleva; Ковалева С. А.; V. I. Kvashnin; Квашнин В. И.; S. A. Petrova; Петрова С. А.; E. T. Devyatkina; Девяткина Е. Т.; S. V. Vosmerikov; Восмериков С. В.; V. I. Zhornik; Жорник В. И.; P. A. Vityaz; Витязь П. А.; N. Z. Lyakhov; Ляхов Н. З.

doi:10.31857/S0015323022600666

Оловянная бронза, упрочненная частицами Cu₉Al₄: механохимический синтез и консолидация методом спекания под давлением

Авторы: Григорьева Т.Ф.¹, Ковалева С.А.², Квашнин В.И.³^,4, Петрова С.А.⁵, Девяткина Е.Т.¹, Восмериков С.В.¹, Жорник В.И.², Витязь П.А.², Ляхов Н.З.¹
Учреждения:
1. Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
2. Объединенный институт машиностроения НАНБ
3. Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева
4. Новосибирский государственный технический университет
5. Институт металлургии УрО РАН
Выпуск: Том 124, № 1 (2023)
Страницы: 61-67
Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/139345
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022600666
EDN: https://elibrary.ru/KNLUZW
ID: 139345

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и электронной микроскопии изучено влияние условий механической активации смеси Cu–12% Sn с различным содержанием модификатора Cu₉Al₄ на структурно-фазовый состав и морфологию формируемых композитов. При механохимическом введении 10 мас. % модифицирующей добавки в матрицу механосинтезированной оловянной бронзы в продукте формируется в основном тройной твердый раствор алюминия и олова в меди, Al_0.05Cu_0.9Sn_0.05. В случае 20 мас. % модифицирующей добавки в продукте присутствуют твердый раствор олова в меди Cu_0.9Sn_0.1 и интерметаллид Cu₉Al₄. Исследования механических и триботехнических характеристик материала, полученного методом спекания под давлением, показали, что интенсивность изнашивания материала на основе механохимически синтезированной бронзы Cu–12 мас. % Sn незначительно меньше, чем промышленной бронзы БрОФ 10-1, коэффициент трения f снижается в ~1.3 раза, а диапазон разброса его значений достаточно широк f = 0.7–0.9. Модифицирование механосинтезированной бронзы Cu–12 мас. % Sn интерметаллидом Cu₉Al₄ позволяет снизить интенсивность изнашивания в 1.3–1.6 раза и значительно снизить коэффициент трения (в 1.2–1.6 раза). Стабильное значение f = 0.5 достигается для механически активированного состава Cu–12 мас. % Sn + 20 мас. % Cu₉Al₄. Введение интерметаллида повышает микротвердость сплавов в 1.6–2 раза (до H_μ = 2730 МПа) относительно микротвердости бронзы БрОФ 10-1 и механосинтезированной бронзы.

Ключевые слова

оловянная бронза, интерметаллид Cu₉Al₄, модифицирование, механическая активация, спекание под давлением, интенсивность изнашивания, коэффициент трения, микротвердость

Список литературы

Волочко А.Т. Модифицирование эвтектических и первичных частиц кремния в силуминах. Перспективы развития // Литье и металлургия. 2015. Т. 4(81). С. 38–45.
Dudina D.V., Bokhonov B.B., Batraev I.S., Amirastanov Y.N., Ukhina A.V., Kuchumova I.D., Legan M.A., Novoselov A.N., Gerasimov K.B., Bataev I.A., Georgarakis K., Koga G.Y., Guo Y., Botta W.J., Jorge A.M. Jr. Interaction between Fe66Cr10Nb5B19 metallic glass and aluminum during spark plasma sintering // Mater. Sci. Eng. A.2021. V. 799. P. 140165.
Бронзы оловянные литейные. ГОСТ 613-79.
Лукьянов Г.С., Никитин В.М. Алюминиевые лигатуры с мелкокристаллическим строением // Литейное производство. 1997. № 8–9. С. 13–14.
Feldshtein E., Kiełek P., Kiełek T., Dyachkova L., Letsko A. On some mechanical properties and wear behavior of sintered bronze based composites reinforced with some aluminides microadditives // Int. J. Appl. Mechan. Eng. 2017. V. 22. № 2. P. 293–302.
Celikyurek İ., Korpe N.O., Olcer T., Galer R. Microstructure, properties and wear behaviors of (Ni3Al)p reinforced Cu matrix composites // J. Mater. Sci. Technol. 2011. V. 27. № 10. P. 937–943.
Григорьева Т.Ф., Дудина Д.В., Петрова С.А., Ковалева С.А., Батраев И.С., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Ляхов Н.З. Композиты с алюминиевой матрицей, упрочненные частицами Cu9Al4: механохимический синтез и консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 824–830.
Feng Li, Ishihara K.N., Shingu P.H. The Formation of Metastable Phases by Mechanical Alloying in the Aluminum and Copper System // Metal. Trans. A. 1991. V. 22A. P. 2850.
Kahtan S. Mohammed, Haider T. Naeem, Siti Nadira Iskak. Study of the feasibility of producing Al–Ni intermetallic compounds by mechanical alloying // PhMM. 2016. V. 117. № 8. P. 795–804.
Schwarz R.B., Srinivasan S., Desch P.B. Synthesis of metastable aluminum-based intermetallics by mechanical alloying // Mater. Sci. Forum. 1992. V. 88–90. P. 595–602.
D’Angelo L., Ochoa J., González G. Comparative study for the formation of the NiAl, TiAl, FeAl intermetallic compounds by mechanical alloying // J. Metastable and Nanocryst. Mater. 2004. V. 20–21. P. 231–236.
Бродова И.Г., Волков А.Ю., Ширинкина И.Г., Калонов А.А., Яблонских Т.И., Астафьев В.В., Елохина Л.В. Эволюция структуры и свойств тройных Al/Cu/Mg композитов при деформационно-термической обработке // ФММ. 2018. Т. 119. № 12. С. 1271–1277.
Елсуков Е.П., Ульянов А.Л., Порсев В.Е., Колодкин Д.А., Загайнов А.В., Немцова О.М. Особенности механического сплавления высококонцентрированных сплавов Fe–Cr // ФММ. 2018. Т. 119. № 2. С. 165–170.
Воронина Е.В., Аль Саеди А.К., Иванова А.Г., Аржников А.К., Дулов Е.Н. Структурно-фазовые превращения в процессе приготовления упорядоченных тройных сплавов систем Fe–Al–M (M = Ga, B, V, Mn) с использованием механосплавления // ФММ. 2019. Т. 120. № 12. С. 1314–1321.
Григорьева Т.Ф., Петрова C.А., Ковалева С.А., Дудина Д.В., Батраев И.С., Киселева Т.Ю., Жолудев С.И., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Удалова Т.А., Поляков С.Н., Ляхов Н.З. Механохимический синтез порошков сплавов системы Cu–Al и их консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 729–736.
Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1986. 302 с.
Powder Diffraction File PDF4+ ICDD Release 2020.
Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments. ENSP. Grenoble: Lab. Materiaux genie Phys., 2003.
DIFFRACplus: TOPAS. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D-76187, Karlsruhe, Germany. 2006.
Караваев М.Г., Кукареко В.А. Автоматизированный трибометр с возвратно-поступательным движением // Надежность машин и технических систем. 2001. № 1. С. 37–39.
Коростелева Е.Н. Формирование структуры и механические свойства спеченной алюминиевой бронзы. Дис. ... канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 2000. 218 с.