29 мая 2016г.
Аннотация
Для повышения прочностных свойств пеноалюминия предложено его армирование титаном. Разработана жидкофазная технология получения пеноалюминия армированного титановой проволокой. Проведены испытания механических свойств композиционного материала.
REINFORCEMENT OF THE POSSIBILITY ALUMINUM FOAM
1Kovtunov A., 2Khokhlov Y., 3Myamin S., 4Ostrenko A.
1D.t.n., professor, Togliatti State University, Togliatti 2Engineer, Togliatti State University, Togliatti 3Engineer. Togliatti State University, Togliatti 4Student. Togliatti State University, Togliatti
Abstract
The titanium reinforcement of porous aluminum has been offered for its strength improvement. Technology has been set up for liquid phase formation of porous aluminum reinforced with titanium wire. Tests of mechanical properties of resulting composite material have been conducted.
Ключевые слова: Пеноалюминий, титан, армирование, проволока, алюминиевый расплав, флюс, активация поверхности.
Keywords: Porous aluminum, titanium, reinforcement, wire, aluminum melt, flux, surface activation
Пеноалюминий благодаря уникальному комплексу свойств находит все более широкое применение. Однако механические свойства пеноалюминия не отличаются высокими показателями. Пеноалюминий, полученный фильтрацией через растворимые соли имеет значения предела прочности при сжатии на уровне 20- 25МПа, а при растяжении на уровне 9-10МПа [1].
Для повышения прочности пеноалюминия было предложено армировать пеноалюминий сплошным металлом. В качестве арматуры можно использовать титан и титановые сплавы, которые отличаются высокой прочностью при относительно невысокой плотности [2].
Для получения пеноалюминия армированного титаном было предложено армировать и формировать пористую структуру одновременно в форме при фильтрации жидкого алюминия через слой водорастворимых солей с установленной арматурой [3-5]. После затвердевания полученную отливку извлекают из формы и помещают в воду для растворения соли. Размер пор алюминиевого слоя определяется размером гранул, а пористость находится в пределах 45-70% [3,4].
Исследование процессов формирования изделий из пеноалюминия армированных титановой проволокой проводили с использованием цилиндрической металлической форм диаметром 40мм. В форму предварительно устанавливали титановую проволокой сечением 2 мм и заполняли пространство между арматурой гранулами диаметром 6-8мм из хлорида натрия. Для получения адгезионной связи между титаном и пеноалюминием проволоку пред установкой покрывали слоем алюминия в жидком расплаве при температуре 800 оС с предварительной активацией поверхности титана флюсом на основе эвтектической системы KF-AlF3 [5] (Рисунок 1). Перед заливкой алюминием формы алюминированная титановая проволока так же покрывалась тем же активирующим флюсом.
Для определения прочности армированного пеноалюминия отливали образцы с различным количеством, установленных титановых проволок, высотой 150мм (Рисунок 2) и испытывали их при растяжении на машине (Рисунок 3).
Качество адгезионной связи при алюминировании титана и получении армированного пеноалюминия, оценивалось на микрошлифах при металлографическом анализе.
Химический анализ алюминированного слоя и области взаимодействия титана и алюминия в композите проводился методами растровой электронной микроскопии на комплексе сканирующего электронного микроскопа LEO 1455 VP (ZEISS, Германия) с блоками рентгеновского энергетического спектрометра INCA Energy-300 и рентгеновского волнового спектрометра INCA Wave-500.
Проведенные исследования показали, что для получения пеноалюминия армированноного титаном без недоливов и с удовлетворительным качеством адгезионной связи между арматурой и пеноалюминием температура заливки расплавленным алюминием должна быть не ниже 800оС. Температура формы с арматурой и гранулами при этом должна составлять не менее 500
оС.
При жидкофазном алюминировании на поверхности титановой проволоки формируется слой алюминия толщиной 10-20мкм с хорошей адгезионной связью, без непропаев и флюсовых включений, с титановой проволокой (Рисунок 4). Алюминиевый слой содержит до 0,3% Ti, что является следствием растворения титановой проволоки при алюминировании.
Заливка алюминием формы с арматурой и гранулами при установленных тепловых режимах обеспечивает формирование адгезионной
связи титана и
алюминия (Рисунок 5). Площадь непропаев составляет
не
более 1-3% от площади контакта.
Испытания механических свойств показали, что армирование повышает предел прочности при растяжении пеноалюминия (Табл.1).
Увеличение относительной площади арматуры способствует повышшению предела прочности при растяжении
композиционного
материала.
При этом плотность
мкомпозиционного
материала повышается незначительно.
Таблица 1
Физико-Механические свойства пеноалюминия армированные титановой проволокой
|
№ п/п
|
Описание
|
Количество, армированных проволок
|
Относительная площадь арматуры в сечении образцов,%
|
Предел
прочности при растяжении, МПа
|
Плотность, гр/см3
|
|
1
|
Пеноалюминий
|
0
|
0
|
9,1
|
1,11
|
|
2
|
Пеноалюминий
армированный титановой проволокой, сечением 2 мм.
|
1
|
0,25
|
10
|
1,18
|
|
3
|
Пеноалюминий
армированный титановой проволокой, сечением 2 мм.
|
2
|
0,5
|
11,3
|
1,42
|
|
4
|
Пеноалюминий
армированный титановой проволокой, сечением 2 мм.
|
4
|
1
|
12,85
|
1,52
|
Таким образом, предложенная технология обеспечивает формирования пеноалюминия, армированного титаном с хорошим адгезионным контактом между компонентами композиционного материала. Армирование позволяет повысить прочность пеноалюминия, значительно не повышая его плотности.
Список литературы
1. Ковтунов, А.И. Исследование физико-механических свойств пеноалюминия, полученного фильтрацией через водорастворимые соли/Ковтунов А.И, Хохлов Ю.Ю, Семистенов Д.А. //Заготовительные производства в машиностроении - 2012. - №6.
2. Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов/ Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. – М.: МИСИС, 2005 – 432 с.
3. Ковтунов, А.И. Тепловые условия формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли
/ А.И. Ковтунов, Д.А. Семистенов, Ю.Ю. Хохлов, Т.В. Чермашенцева // Литейщик России.- 2011.-№6.-С. 43-45.
4. Ковтунов, А.И. Исследование процессов формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли/А.И. Ковтунов, Д.А. Семистенов, Ю.Ю. Хохлов, Т.В. Чермашенцева// Технология легких сплавов.-2011 №4.-С.74-78.
5. Ковтунов, А.И. Исследование технологических и механических свойств слоистых титаноалюминиевых композиционных материалов, полученных жидкофазным способом/ А.И. Ковтунов, С.В. Мямин // Авиационные материалы и технологии.-2013 №1.-С.9-12
