RU2751401C2 - Method for producing aluminium-based nanostructural composite material - Google Patents
Method for producing aluminium-based nanostructural composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751401C2 RU2751401C2 RU2019141821A RU2019141821A RU2751401C2 RU 2751401 C2 RU2751401 C2 RU 2751401C2 RU 2019141821 A RU2019141821 A RU 2019141821A RU 2019141821 A RU2019141821 A RU 2019141821A RU 2751401 C2 RU2751401 C2 RU 2751401C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- aluminum
- rpm
- minutes
- fullerene
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения наноструктурного композиционного материала на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, с улучшенными физико-механическими свойствами, для применения в области машиностроения и авиакосмической отрасли.The invention relates to a method for producing a nanostructured composite material based on aluminum modified with C 60 fullerene, with improved physical and mechanical properties, for use in mechanical engineering and aerospace.
Наноструктурные композиционные материалы на основе алюминия, модифицированные фуллереном С60, демонстрируют повышенный уровень механических свойств. Для такого рода наноструктурных композитов известно, что при уменьшении среднего размера кристаллитов матрицы прочностные свойства возрастают, при этом на начальных стадиях происходит ламинарное снижение пластичности пропорциональное уменьшению среднего размера кристаллитов, а затем, при достижении критического значения среднего размера кристаллитов, происходит резкое снижение пластичности почти до нулевых значений. Поэтому управление свойствами объемных наноструктурных композиционных материалов лишь за счет уменьшения структурных элементов материала сильно ограничено.Aluminum-based nanostructured composite materials modified with C 60 fullerene demonstrate an increased level of mechanical properties. For this kind of nanostructured composites, it is known that with a decrease in the average crystallite size of the matrix, the strength properties increase, while at the initial stages there is a laminar decrease in plasticity proportional to a decrease in the average crystallite size, and then, when the critical value of the average crystallite size is reached, there is a sharp decrease in plasticity almost to zero values. Therefore, the control of the properties of bulk nanostructured composite materials only by reducing the structural elements of the material is severely limited.
Низкая пластичность наноструктурных композиционных материалов не позволяет в полной мере использовать их в качестве конструкционных. Решением данной проблемы может стать создание материала представляющего собой механическую смесь схожих по фазовому, но разных по структурному состоянию частиц, т.е. создание наноструктурного композиционного материала, чья структура образована из смеси прочных и менее пластичных частиц с менее прочными, но более пластичными (статья Martin P. Harmer, Helen М. Chan, Gary A. Miller. Unique Opportunities for Microstructural Engineering with Duplex and Laminar Ceramic Composite // Journal of the American Ceramic Society. Vol 75(7), P1715-1728, 2005).The low plasticity of nanostructured composite materials does not allow their full use as structural materials. The solution to this problem can be the creation of a material that is a mechanical mixture of particles similar in phase, but different in structural state, i.e. creation of a nanostructured composite material, whose structure is formed from a mixture of strong and less plastic particles with less strong, but more plastic (article Martin P. Harmer, Helen M. Chan, Gary A. Miller. Unique Opportunities for Microstructural Engineering with Duplex and Laminar Ceramic Composite // Journal of the American Ceramic Society. Vol 75 (7), P1715-1728, 2005).
Основной задачей при разработке наноструктурного композиционного материала на основе алюминия с дуплексной структурой является необходимость подбора соотношения содержания прочных и менее пластичных частиц к менее прочным частицам с большей пластичностью. Конечный материал будет обладать более высокой пластичностью при минимальных потерях в прочностных свойствах.The main task in the development of a nanostructured composite material based on aluminum with a duplex structure is the need to select the ratio of the content of strong and less plastic particles to less strong particles with higher plasticity. The final material will have a higher ductility with minimal losses in strength properties.
Аналогами данного изобретения являются следующие патенты, описывающие получение упрочненных алюминиевых сплавов с дуплексной структурой.Analogs of this invention are the following patents describing the production of hardened aluminum alloys with a duplex structure.
RU 2485196 (20.06.2013, С22С 1/05) предлагает формовать изделия в жидком или полужидком состоянии из порошкообразного материала в специальных формах под давлением, в качестве порошкообразного материала применяют гранулы композиционного материала с металлической матрицей и с наноразмерными упрочняющими частицами, которые получают методом механического легирования из исходных частиц матричного материала и порошков упрочняющих наночастиц при длительности обработки, определяемой по эмпирической формуле. Объемная доля упрочняющих частиц составляет от 0,1% до 50%, а размер упрочняющих наночастиц равен от 0,7 нм до 100 нм. Метод получения предусматривает получение мелкодисперсных наноструктурных порошков различного гранулометрического состава путем размола исходных компонентов в высокоэнергетических шаровых мельницах. Материал может применяться, как в виде порошка - для модификации различных полимерных композиций, либо подвергаться последующей термобарической обработке для получения объемных заготовок и изделий. Режим обработки подбирается эмпирически для получения оптимальных свойств материала. Концентрация модифицирующих частиц составляет от 0,1 до 5 вес.%.RU 2485196 (20.06.2013, С22С 1/05) proposes to form products in a liquid or semi-liquid state from a powder material in special forms under pressure, as a powder material, granules of a composite material with a metal matrix and with nanosized strengthening particles, which are obtained by the method of mechanical alloying from the initial particles of the matrix material and powders of strengthening nanoparticles with the duration of treatment determined by the empirical formula. The volume fraction of the strengthening particles is from 0.1% to 50%, and the size of the strengthening nanoparticles is from 0.7 nm to 100 nm. The method of obtaining provides for the production of finely dispersed nanostructured powders of various granulometric composition by grinding the initial components in high-energy ball mills. The material can be used either in the form of a powder - for modifying various polymer compositions, or it can be subjected to subsequent thermobaric treatment to obtain bulk workpieces and products. The processing mode is selected empirically to obtain the optimum material properties. The concentration of modifying particles is from 0.1 to 5 wt.%.
US 20100189995 (29.07.2010, В32В 9/00), где наноструктурированный композиционный материал на основе алюминия с дуплексной структурой состоит из двух фаз: гранул из чистого алюминия и гранул алюминий-углеродные нанотрубки, которые либо сплавляются, либо напыляются. Данный материал с дуплексной структурой состоит из гомогенно распределенных зерен наноструктурированного композиционного материала со сложной иерархической структурой. Компоненты наноструктурированного композиционного материала смешаны не только на уровне частиц порошка (агрегатов), но и на более низком уровне - отдельных агломератов и кристаллитов, что позволяет эффективно использовать преимущества каждого из компонентов НКМ с дуплексной структурой.US 20100189995 (29.07.2010, В32В 9/00), where a nanostructured composite material based on aluminum with a duplex structure consists of two phases: granules of pure aluminum and granules of aluminum-carbon nanotubes, which are either fused or sprayed. This material with a duplex structure consists of homogeneously distributed grains of a nanostructured composite material with a complex hierarchical structure. The components of the nanostructured composite material are mixed not only at the level of powder particles (aggregates), but also at a lower level - individual agglomerates and crystallites, which makes it possible to effectively use the advantages of each of the NCM components with a duplex structure.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (аналогом изобретения) является RU 2440433 (22.10.2010, С22С 21/00), где описан способ получения наноструктурного композита на основе алюминия, включающий, в частности, смешивание алюминиевого сплава Al-Li марок 1420, 1430 или Al-Sc марки 1570 с углеродными нанокластерами в шаровой мельнице и спекание полученной смеси под давлением. Оптимальными параметрами механоактивации в прототипе являются: ускорения, развиваемые мелющими шарами - от 500 до 800 м/сек2; продолжительность обработки в течение 12-15 мин. Размер зерен частиц сплавов алюминия находится в диапазоне от 5 до 150 нм. В качестве упрочняющих наночастиц используется фуллерен С60 в количестве 0,5÷12 вес.% в молекулярной форме. Спекание проходит в ячейке камеры высокого давления типа «поршень-цилиндр» при 280-380°С под давлением 0,5-1,5 ГПа. За счет расположения молекул С60 на поверхности зерен алюминиевого сплава и образования прочных ковалентных связей между структурными элементами данный композит с концентрацией фуллерена С60 в 0,5÷12 вес.% обладает плотностью 2470-2650 кг/м3, а также обладает увеличенной твердостью и удельной прочностью в сравнении с аналогами.The closest technical solution to the proposed one (analogue of the invention) is RU 2440433 (22.10.2010, C22C 21/00), which describes a method for producing a nanostructured composite based on aluminum, including, in particular, mixing an Al-Li aluminum alloy of grades 1420, 1430 or Al-Sc grade 1570 with carbon nanoclusters in a ball mill and sintering of the resulting mixture under pressure. The optimal parameters of mechanical activation in the prototype are: accelerations developed by grinding balls - from 500 to 800 m / s 2 ; processing time for 12-15 minutes. The grain size of particles of aluminum alloys is in the range from 5 to 150 nm. Fullerene C 60 is used as strengthening nanoparticles in an amount of 0.5 ÷ 12 wt.% In molecular form. Sintering takes place in a cell of a high-pressure chamber of the "piston-cylinder" type at 280-380 ° C under a pressure of 0.5-1.5 GPa. Due to the arrangement of C 60 molecules on the surface of aluminum alloy grains and the formation of strong covalent bonds between structural elements, this composite with a C 60 fullerene concentration of 0.5 ÷ 12 wt.% Has a density of 2470-2650 kg / m 3 , and also has an increased hardness and specific strength in comparison with analogues.
Недостатком данного изобретения является применение термически упрочняемых сплавов системы Al-Li и Al-Sc, которые при наноструктурировании оказываются слишком хрупкими, а их термообработка в наноструктурном состоянии не возможна из-за ускоренных процессов рекристаллизации, что и подчеркнуто в указанном патенте: температура консолидации 280-380°С; деформация при разрушении не превышает 0,1%. Кроме того, метод получения в камере типа «поршень-цилиндр» имеет ряд недостатков, основным из которых в данном случае является невозможность получения протяженных или достаточно крупных образцов из-за сильного градиента распределения давления по объему реакционной зоны камеры. А у изготовленных по прототипу образцов отсутствует изотропия физических свойств. Кроме того, из-за низкой скорости диффузионных процессов при температуре спекания ниже 0,75 Тпл матрицы требуется чрезмерно длительная выдержка для обеспечения удовлетворительной прочности связей между частицами композита.The disadvantage of this invention is the use of thermally hardened alloys of the Al-Li and Al-Sc system, which, when nanostructuring, turn out to be too brittle, and their heat treatment in a nanostructured state is not possible due to accelerated recrystallization processes, which is emphasized in the specified patent: consolidation temperature 280- 380 ° C; deformation at destruction does not exceed 0.1%. In addition, the method of obtaining in a chamber of the "piston-cylinder" type has a number of disadvantages, the main one of which in this case is the impossibility of obtaining extended or sufficiently large samples due to a strong gradient of pressure distribution over the volume of the reaction zone of the chamber. And the samples made according to the prototype have no isotropy of physical properties. In addition, due to the low rate of diffusion processes at a sintering temperature below 0.75 Tm of the matrix, an excessively long exposure is required to ensure a satisfactory strength of bonds between the composite particles.
В результате получаемый материал при концентрации фуллерена С60 в 0,5 вес.% обладает следующими характеристиками, приведенными в таблице:As a result, the resulting material with a concentration of C 60 fullerene of 0.5 wt% has the following characteristics shown in the table:
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, нацелена на создание наноструктурного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, с улучшенными физико-механическими свойствами для использования в машиностроении и авиакосмической отрасли.The problem to be solved by this invention is aimed at creating a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum modified with C 60 fullerene, with improved physical and mechanical properties for use in mechanical engineering and the aerospace industry.
Поставленная задача решается благодаря точному контролю химического и фазового состава порошков, обеспечению среднего размера кристаллитов алюминия ≤70 нм в мелкокристаллическом порошке и в диапазоне 70-150 нм в крупнокристаллическом, за счет строго соблюдения соотношения 1:1 порошков двух типов в конечном материале, а также за счет их смешивания на уровне отдельных кристаллитов. В качестве модифицирующей углеродной фазы используется порошок фуллерена С60 в кристаллической форме в количестве 0,1-5-0,5 вес.%.The task is solved due to precise control of the chemical and phase composition of the powders, ensuring the average size of aluminum crystallites ≤70 nm in fine-crystalline powder and in the range of 70-150 nm in coarse-crystalline, due to strict adherence to the 1: 1 ratio of two types of powders in the final material, as well as due to their mixing at the level of individual crystallites. Fullerene C 60 powder in crystalline form in an amount of 0.1-5-0.5 wt.% Is used as a modifying carbon phase.
Согласно предлагаемому техническому решению, наноструктурный композиционный материал на основе алюминия с дуплексной структурой имеет каркас из прочных частиц с малым размером кристаллитов, между которыми располагаются более крупные пластичные частицы, в которых будут локализоваться деформационные напряжения. Для повышения прочности связи между кристаллитами алюминия и более эффективного перераспределения нагрузки воспринимаемой материалом, в процессе механоактивационной обработки создаются благоприятные термодинамические условия для образования прочных алюминий-фуллереновых комплексов, которые дополнительно скрепляют отдельные кристаллиты.According to the proposed technical solution, a nanostructured composite material based on aluminum with a duplex structure has a frame of strong particles with a small crystallite size, between which are located larger plastic particles, in which deformation stresses will be localized. To increase the bond strength between aluminum crystallites and more efficiently redistribute the load perceived by the material, in the process of mechanoactivation treatment, favorable thermodynamic conditions are created for the formation of strong aluminum-fullerene complexes, which additionally fasten individual crystallites.
Техническим результатом является увеличение пластичности наноструктурного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, при незначительных потерях в прочностных характеристиках.The technical result is an increase in the plasticity of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum modified with C 60 fullerene, with insignificant losses in strength characteristics.
Способ получения наноструктурного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия включает в себя несколько стадий подготовки компонентов: 1 - подготовка крупнокристаллических порошков; 2 - подготовка мелкокристаллических порошков; 3 - смешивание крупно и мелкокристаллических порошков; 4 - консолидация полученной порошковой смеси методом интенсивной пластической деформации - прямой горячей экструзии.A method for producing a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum includes several stages of component preparation: 1 - preparation of coarse-crystalline powders; 2 - preparation of fine crystalline powders; 3 - mixing coarse and fine-crystalline powders; 4 - consolidation of the obtained powder mixture by the method of severe plastic deformation - direct hot extrusion.
Для получения крупнокристаллических порошков наноструктурного композиционного материала на основе алюминия (70-150 нм) в атмосфере аргона в размольные контейнеры помещают 400 грамм исходной стружку сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) и фуллерен С60 (0,1÷0,5 вес.%). Далее в планетарной шаровой мельнице осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 15 минут при рабочей частоте водила 1600 об/мин.To obtain coarse-grained powders of a nanostructured composite material based on aluminum (70-150 nm) in an argon atmosphere, 400 grams of the original AMg6 alloy shavings (GOST 4784-97) and fullerene C 60 (0.1 ÷ 0.5 wt.% ). Further, in a planetary ball mill, the said mixture is mechanically activated for 15 minutes at a carrier operating frequency of 1600 rpm.
Для получения мелкокристаллических порошков наноструктурного композиционного материала на основе алюминия (менее 70 нм) в атмосфере аргона в размольные контейнеры помещают 400 грамм исходной стружки сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) и фуллерен С60 (0,1÷0,5 вес. %). Далее в планетарной шаровой мельнице осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 45 минут при рабочей частоте водила 1800 об/мин.To obtain fine-crystalline powders of a nanostructured composite material based on aluminum (less than 70 nm) in an argon atmosphere, 400 grams of the original AMg6 alloy shavings (GOST 4784-97) and fullerene C 60 (0.1 ÷ 0.5 wt.%) Are placed in grinding containers ... Further, in a planetary ball mill, mechanoactivation processing of the specified mixture is carried out for 45 minutes at an operating frequency of the carrier of 1800 rpm.
Для получения порошка наноструктурного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия в пропорции 1:1 смешивают крупно и мелкокристаллические порошки (по 200 грамм каждого типа порошка). Далее в планетарной шаровой мельнице осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 25 минут при рабочей частоте водила 900 об/мин.To obtain a powder of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum in a 1: 1 ratio, coarse and fine-crystalline powders are mixed (200 grams of each type of powder). Further, in a planetary ball mill, mechanoactivation processing of the specified mixture is carried out for 25 minutes at an operating frequency of the carrier of 900 rpm.
Полученную порошковую смесь компактируют в цилиндрический брикет диаметром 50 мм под давлением 400-600 МПа и подвергают прямой горячей экструзии со степенью деформации 5-7.The resulting powder mixture is compacted into a cylindrical briquette with a diameter of 50 mm under a pressure of 400-600 MPa and subjected to direct hot extrusion with a degree of deformation of 5-7.
Для характеризации механических свойств наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия проводят испытания на растяжение, сжатие и изгиб, а также определяют микротвердость и плотность полученных материалов. Испытания проводят согласно ГОСТ 25.503-97, ГОСТ 14019-2003, ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9450-76, ГОСТ 20018-74.To characterize the mechanical properties of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum, tensile, compression and bending tests are carried out, and the microhardness and density of the obtained materials are also determined. Tests are carried out in accordance with GOST 25.503-97, GOST 14019-2003, GOST 1497-84, GOST 9450-76, GOST 20018-74.
Рентгеноструктурные исследования проводят на универсальном рентгеновском дифрактометре PANalytical Empyrean, исследования методом спектроскопии комбинационного рассеяния света на спектрометре TRIAX-552 и iHR550, исследования методом просвечивающей микроскопии на микроскопе JEM-2010, а исследования физико-механических свойств на универсальной испытательной машине Instron 5982, твердомере ПМТ-3, и лабораторных электронных весах KERN-770-60, с приставкой для измерения плотности Sartorius YDK 01 LP.X-ray structural studies are carried out on a universal X-ray diffractometer PANalytical Empyrean, studies by Raman spectroscopy on a TRIAX-552 and iHR550 spectrometer, studies by transmission microscopy on a JEM-2010 microscope, and studies of physical and mechanical properties on a universal testing machine Instron 5982, a PMT hardness tester 3, and laboratory electronic scales KERN-770-60, with an attachment for measuring density Sartorius YDK 01 LP.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГ. 1, 2, 3BRIEF DESCRIPTION OF FIG. 1, 2, 3
На Фиг. 1 представлены дифрактограммы крупнокристаллического и мелкокристаллического порошка наноструктурированного композиционного материала на основе алюминия и наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, после экструзии.FIG. 1 shows the diffraction patterns of a coarse-crystalline and fine-crystalline powder of a nanostructured composite material based on aluminum and a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum modified with C 60 fullerene after extrusion.
На Фиг. 2 представлено полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) JEM-2010 изображение зерен наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия в экструдированном образце.FIG. Figure 2 shows a JEM-2010 transmission electron microscope (TEM) image of grains of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum in an extruded sample.
На Фиг. 3 представлены спектры комбинационного рассеяния света (КРС) экструдированного образца наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия.FIG. 3 shows the Raman spectra of an extruded sample of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum.
Следующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение:The following examples illustrate the invention:
Пример 1. Получение наноструктурного композиционного материала на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60.Example 1. Obtaining a nanostructured composite material based on aluminum modified with C 60 fullerene.
В инертной атмосфере смешивают 400 грамм исходной стружку сплава АМг6 и 0,4 вес.% порошка фуллерена С60 в кристаллической форме. Полученную смесь засыпают в размольные контейнеры и осуществляют механоактивационную обработку в планетарной шаровой мельнице со следующими параметрами:In an inert atmosphere, 400 grams of the original AMg6 alloy shavings and 0.4 wt% of C 60 fullerene powder in crystalline form are mixed. The resulting mixture is poured into grinding containers and mechanoactivation processing is carried out in a planetary ball mill with the following parameters:
Для получения крупнокристаллических порошков НКМ осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 15 минут при рабочей частоте водила 1600 об/мин.To obtain coarse-crystalline NKM powders, the said mixture is mechanically activated for 15 minutes at a carrier operating frequency of 1600 rpm.
Для получения мелкокристаллических порошков НКМ осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 45 минут при рабочей частоте водила 1800 об/мин.To obtain fine-crystalline NKM powders, the said mixture is mechanically activated for 45 minutes at a carrier operating frequency of 1800 rpm.
Для получения порошка НКМ с дуплексной структурой в пропорции 1:1 в инертной атмосфере смешивают крупно и мелкокристаллические порошки полученные согласно параметрам указанным выше. Далее в планетарной шаровой мельнице осуществляют механоактивационную обработку указанной смеси в течение 25 минут при рабочей частоте водила 900 об/мин.To obtain an NCM powder with a duplex structure in a 1: 1 ratio in an inert atmosphere, coarse and fine-crystalline powders obtained according to the parameters indicated above are mixed. Further, in a planetary ball mill, mechanoactivation processing of the specified mixture is carried out for 25 minutes at an operating frequency of the carrier of 900 rpm.
Затем полученную порошковую смесь в количестве 200 г загружают в камеру типа «поршень-цилиндр» и прессуют при давлении 550 МПа. После чего полученный брикет помещают в узел прессования экструдера и производят прямую экструзию со степенью деформации 5-7 при давлении 1-1,5 ГПа и температуре 280±5°С. После окончания процесса экструзии исследуют структуру и механические свойства образцов.Then the resulting powder mixture in an amount of 200 g is loaded into a piston-cylinder chamber and pressed at a pressure of 550 MPa. Then the resulting briquette is placed in the extruder pressing unit and direct extrusion is performed with a deformation degree of 5-7 at a pressure of 1-1.5 GPa and a temperature of 280 ± 5 ° C. After the extrusion process is completed, the structure and mechanical properties of the samples are examined.
На Фиг. 1 представлены дифрактограммы крупнокристаллического и мелкокристаллического порошка наноструктурированного композиционного материала на основе алюминия и наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, после экструзии.FIG. 1 shows the diffraction patterns of a coarse-crystalline and fine-crystalline powder of a nanostructured composite material based on aluminum and a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum modified with C 60 fullerene after extrusion.
На Фиг. 2 представлено полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) JEM-2010 изображение зерен наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия в экструдированном образце. На Фиг. 3 представлены спектры комбинационного рассеяния света (КРС) экструдированного образца наноструктурированного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия.FIG. Figure 2 shows a JEM-2010 transmission electron microscope (TEM) image of grains of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum in an extruded sample. FIG. 3 shows the Raman spectra of an extruded sample of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum.
Рентгенофазовый анализ и исследование, проведенное с помощью ПЭМ, показывают, что средний размер кристаллитов в наноструктурном композиционном материале на основе алюминия с дуплексной структурой, модифицированном фуллереном С60, составляет 95 нм. Кристаллиты покрыты ~1 нм углеродным слоем, образовавшимся из фуллерена С60. Напрямую получить изображение таких слоев в ПЭМ достаточно сложно, а скоплений углеродного материала размером больше 1 нм, которые могли бы быть обнаружены в образце в случае их наличия, обнаружено не было. Идентифицировать слои, которыми покрыты кристаллы, можно с помощью спектров КРС. При механоактивационной обработке и экструзии фуллерен образовал ковалентные химические связи с материалом матрицы (алюминием) и трансформировался металло-углеродные комплексы: на спектрах КРС присутствует широкое гало в области 700 см-1 (фиг. 3).X-ray phase analysis and TEM studies show that the average crystallite size in a nanostructured composite material based on aluminum with a duplex structure modified with C 60 fullerene is 95 nm. Crystallites are covered with a ~ 1 nm carbon layer formed from fullerene C 60 . It is rather difficult to obtain a direct TEM image of such layers, and no accumulations of carbon material larger than 1 nm, which could have been detected in the sample if present, were not found. The layers covering the crystals can be identified using Raman spectra. During mechanoactivation processing and extrusion, fullerene formed covalent chemical bonds with the matrix material (aluminum) and metal-carbon complexes were transformed: the Raman spectra show a wide halo in the region of 700 cm -1 (Fig. 3).
В результате полученный материал обладает следующими характеристиками, приведенными в таблице:As a result, the resulting material has the following characteristics shown in the table:
Пример 2. Получение наноструктурного композиционного материала на основе алюминия, модифицированного фуллереном C60, при концентрациях фуллерена, отличающейся от оптимальной, приведенной в примере 1.Example 2. Obtaining a nanostructured composite material based on aluminum modified with C 60 fullerene at fullerene concentrations that differ from the optimal one given in example 1.
В инертной атмосфере смешивают 400 грамм исходной стружки сплава АМг6 и 5 вес.% порошка фуллерена С60 в кристаллической форме. Дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1.In an inert atmosphere, 400 grams of the original AMg6 alloy shavings and 5 wt% of C 60 fullerene powder in crystalline form are mixed. Further operations are carried out analogously to example 1.
В результате полученный материал обладает следующими характеристиками, приведенными в таблице:As a result, the resulting material has the following characteristics shown in the table:
Пример 3. Получение наноструктурного композиционного материала на основе алюминия, модифицированного фуллереном С60, при соотношении мелко и крупнокристаллических порошков отличающегося от оптимального, приведенного в примере 1.Example 3. Obtaining a nanostructured composite material based on aluminum, modified with fullerene C 60 , with a ratio of fine and coarse-crystalline powders different from the optimal one given in example 1.
Крупно и мелкокристаллические порошки наноструктурного композиционного материала на основе алюминия получают согласно примеру 1. Для получения порошка наноструктурного композиционного материала с дуплексной структурой на основе алюминия в пропорции 1:2 в инертной атмосфере смешивают крупно и мелкокристаллические порошки. Дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1. В результате полученный материал обладает следующими характеристиками, приведенными в таблице:Coarsely and finely crystalline powders of a nanostructured composite material based on aluminum are prepared according to example 1. To obtain a powder of a nanostructured composite material with a duplex structure based on aluminum in a ratio of 1: 2, coarsely and finely crystalline powders are mixed in an inert atmosphere. Further operations are carried out analogously to example 1. As a result, the resulting material has the following characteristics shown in the table:
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141821A RU2751401C2 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for producing aluminium-based nanostructural composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141821A RU2751401C2 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for producing aluminium-based nanostructural composite material |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019141821A RU2019141821A (en) | 2021-06-17 |
RU2019141821A3 RU2019141821A3 (en) | 2021-06-24 |
RU2751401C2 true RU2751401C2 (en) | 2021-07-13 |
Family
ID=76377063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019141821A RU2751401C2 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for producing aluminium-based nanostructural composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751401C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788889C1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-01-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for producing an anti-friction composite material synthesised from metal mixed with hydrogenated fullerenes |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100189995A1 (en) * | 2007-07-18 | 2010-07-29 | Alcan Technology & Management Ag | Duplex-aluminium material based on aluminium with a first phase and a second phase and method for producing the duplex-aluminium material |
RU2440433C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-01-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Aluminium-based nanostructure composite material |
CN103189154B (en) * | 2010-10-27 | 2016-06-01 | 贝克休斯公司 | Nanomatrix powder metal composite |
US9410228B2 (en) * | 2009-12-09 | 2016-08-09 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University | Metal matrix composite, and preparation method thereof |
KR101879594B1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-07-18 | 국민대학교산학협력단 | Complex material wire for transmission line and Manufacturing method thereof |
-
2019
- 2019-12-17 RU RU2019141821A patent/RU2751401C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100189995A1 (en) * | 2007-07-18 | 2010-07-29 | Alcan Technology & Management Ag | Duplex-aluminium material based on aluminium with a first phase and a second phase and method for producing the duplex-aluminium material |
US9410228B2 (en) * | 2009-12-09 | 2016-08-09 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University | Metal matrix composite, and preparation method thereof |
RU2440433C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-01-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Aluminium-based nanostructure composite material |
CN103189154B (en) * | 2010-10-27 | 2016-06-01 | 贝克休斯公司 | Nanomatrix powder metal composite |
KR101879594B1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-07-18 | 국민대학교산학협력단 | Complex material wire for transmission line and Manufacturing method thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788889C1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-01-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for producing an anti-friction composite material synthesised from metal mixed with hydrogenated fullerenes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019141821A3 (en) | 2021-06-24 |
RU2019141821A (en) | 2021-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Saboori et al. | Microstructure and thermal conductivity of Al–graphene composites fabricated by powder metallurgy and hot rolling techniques | |
Arik | Effect of mechanical alloying process on mechanical properties of α-Si3N4 reinforced aluminum-based composite materials | |
Hidalgo-Manrique et al. | Microstructure and mechanical behaviour of aluminium matrix composites reinforced with graphene oxide and carbon nanotubes | |
Wagih | Synthesis of nanocrystalline Al 2 O 3 reinforced Al nanocomposites by high-energy mechanical alloying: microstructural evolution and mechanical properties | |
Sap | Microstructural and mechanical properties of Cu-based Co-Mo-reinforced composites produced by the powder metallurgy method | |
Casati et al. | Effect of ball milling on the ageing response of Al2618 composites reinforced with SiC and oxide nanoparticles | |
Anas et al. | Effect of carbon nanotubes as reinforcement on the mechanical properties of aluminum-copper-magnesium alloy | |
Azimi et al. | Optimizing consolidation behavior of Al 7068–TiC nanocomposites using Taguchi statistical analysis | |
Almotairy et al. | Effect of hot isostatic pressing on the mechanical properties of aluminium metal matrix nanocomposites produced by dual speed ball milling | |
Irhayyim et al. | Effect of nano-TiO 2 particles on mechanical performance of Al-CNT matrix composite | |
Erturun et al. | Investigation of microstructure of aluminum based composite material obtained by mechanical alloying | |
Subbaiah et al. | Microstructural analysis and mechanical properties of pure Al–GNPs composites by stir casting method | |
Wang et al. | Synthesis of graphene oxide reinforced ZK60 magnesium matrix composite with high ductility via powder thixoforming | |
Ramezanalizadeh | Fabrication and characterization of an Al-based nanocomposite with high specific strength and good elongation using large amount CMA nanoparticles | |
Jayasathyakawin et al. | Experimental investigations on effect of silicon carbide on microstructure and mechanical properties in Mg-3 wt% Al alloy matrix using powder metallurgy | |
Parveen et al. | Influence of process parameters and reinforcements on aluminum hybrid composites developed by powder metallurgy process | |
Sukanto et al. | The effect of milling time on the alumina phase transformation in the AMCs powder metallurgy reinforced by silica-sand-tailings | |
Sakovich et al. | Physical and Mechanical Properties of Composites and Light Alloys Reinforced with Detonation Nanodiamonds. | |
Chandran et al. | Effect of carbon nanotube dispersion on mechanical properties of aluminum-silicon alloy matrix composites | |
RU2751401C2 (en) | Method for producing aluminium-based nanostructural composite material | |
RU2716930C1 (en) | Method of producing aluminum-based nanostructure composite material | |
WO2015148781A1 (en) | Synthesis of carbon nanoreinforcements for structural applications | |
Toozandehjani et al. | Microstructural and Mechanical Characterization of CNT-and Al 2 O 3-Reinforced Aluminum Matrix Nanocomposites Prepared by Powder Metallurgy Route | |
Topcu et al. | Evaluation of Multi-Walled CNT particulate reinforced Ti6Al4V alloy based composites creep behavior of materials under static loads | |
Sarkar et al. | Establishment of a facile technique to fabricate bulk AA6061/CNT composite with improved mechanical properties using combined stir-casting and squeeze-casting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210830 Effective date: 20210830 |