авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов

-- [ Страница 2 ] --

3.4 + + Рис. 16. Модуль Юнга образцов КМ (состав 4.1 + - + см. в табл.4) в зависимости от выдержки 4.2 + - + материала в расплавленном состоянии. Время выдержки образцов каждой серии:№№.1, 2, 3, 4.3 + - + 4 – 0, 20, 60, 90 мин, соответственно 4.4 + - + Видно, что у образцов серии 3. (модифицирование порошками алмаза размером 50 нм) значения модуля Юнга выше, чем у образцов серии (4.), что подтверждает эффективность применения нуклеантов с достаточно малыми размерами частиц, т.е. наноразмерных модификаторов. Важным представляется и тот факт, что у образцов серии (2.) при выдержках выстаивания расплава до разливки 60 и 90 мин, значения модулей Юнга максимальны. Это говорит о качестве межфазных границ, формирующихся при интерметаллидном упрочнении КМ. Однако, большой разброс значений модулей при всех режимах получения этих КМ, указывает о размерной нестабильности интерметаллидов.

Результаты испытаний на трение показывают, что армирование алюминиевой матрицы интерметаллидными фазами в присутствии наномодификаторов в процессах in-situ повышает износостойкость и расширяет диапазон трибонагружения алюмоматричных КМ.

КМ системы Al-Ti-(TiC/Fe,Ni,Mo)-наноразмерные частицы алмаза.

Рассмотрено влияние режимов литья алюмоматричных КМ, содержащих армирующие частицы карбида титана, реакционно активные добавки железа, никеля и молибдена в виде покрытий на частицах TiC и тугоплавкие модификаторы (наноалмазы), на состав и размеры интерметаллидных фаз, формируемых в реакциях in-situ. В качестве матричного использовали сплав АМг1 (Al- 1% вес.Mg), в качестве наполнителя - порошок карбида титана размером 1-2 мкм с технологическими покрытиями из карбонильных металлов (состав порошка в вес.%: TiС - 70, Fe - 23, Ni - 6, Mo - 1) и нанопорошки алмаза 50 нм и 150 нм. Технологические покрытия Fe, Ni, Mo на порошке карбида титана предназначены 1) для улучшения смачивания наполнителя алюминиевым расплавом;

2) для участия в экзотермических реакциях in-situ.

Согласно рентгеновскому анализу в результате реакций in-situ в матрице КМ формируются фазы-упрочнители: Al3Ni2 (Al3Ni), AlTi (Al3Ti), Ti2Ni, Al5Fe2.

С увеличением длительности выдержки расплава перед разливкой количество интерметаллидных фаз Al3Mg2, AlTi, Ti2Ni заметно возрастает. Уменьшение размеров наноалмазов от 150 до 50 нм изменяет фазовый состав КМ:

появляются новые фазы Al13Fe4, Al5Mo, Al24Ti8. Изменение объемного содержания интерметаллидов (суммарное - в составе эвтектик и в виде изолированных кристаллов) и их размеров в зависимости от длительности выдержки расплава перед разливкой выражено следующим образом: при введении в расплав наноразмерных порошков алмазов 50 нм количество интерметаллидных фаз растет, рост кристаллов интерметаллидов при выдержке расплава тормозится. Влияние наноалмазов 150 нм менее выражено. Несмотря на это обстоятельство, твердость образцов КМ с наноалмазами более высокая, чем КМ без них. Результатом модифицирования является рост твердости и структурная стабильность КМ.

Антифрикционные свойства таких КМ обеспечиваются относительно высокой твердостью интерметаллидных фаз, отсутствием окислов на межфазной поверхности, прочной связью между включениями интерметаллидов и матрицей, высоким уровнем прочности, жесткости и высокотемпературной прочности КМ, определяющих нагрузочную способность КМ и сопротивление схватыванию. Добавки тугоплавких наноразмерных фаз (алмаза, карбида кремния), не участвуют непосредственно в процессе трения скольжения в качестве несущих элементов из-за малых размеров, однако заметно влияют на трибологические характеристики КМ благодаря эффекту модифицирования структуры КМ. Модифицирование проявляется в изменении размеров и объемной доли интерметаллидных фаз и увеличении критических нагрузок, при которых наблюдается переход от режима слабого изнашивания к интенсивному изнашиванию и задиру.

Полиармирование с участием наноразмерных фаз. Свойства КМ можно регулировать как за счет выбора матричных сплавов с различным уровнем прочности и пластичности, так и полиармирования (введения в матрицу наполнителей различной природы, объемного содержания и размера, в том числе наноразмерных).

Полиармирование позволяет получить новые свойства КМ. Например, при введении в матрицу наряду с частицами SiC сухой смазки (частиц графита) удается повысить стойкость против задира в условиях трения с ограниченной смазкой. Многоуровневое упрочнение КМ частицами керамики, интерметаллидов, сформированных в реакции in-situ, позволяет выйти на новый уровень прочности и жаропрочности.

Разработан способ синтеза полиармированного литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава с высоким уровнем жаропрочности и износостойкости (патент №2323991).

Для решения поставленной задачи КМ упрочняют включениями интерметаллидных фаз состава Al3Х, где Х - легирующие добавки Ti, Zr, V, Fe, Ni, с размером фаз 1-10 мкм в количестве 5-20 об.% и дискретными керамическими наноразмерными частицами (50 нм) в количестве 0,1-2,0%, а также такими же частицами микронного размера в количестве 1-5 об.% от массы расплава. Получение КМ включает механическое перемешивание в аттриторе легирующих элементов и керамических частиц, брикетирование смеси под давлением 100-130МПа при нагреве до 110±100 С и введение в расплав при температуре 850±100 С с выдержкой в течение 20-30 мин для образования интерметаллидных фаз, перемешивание и разлив. КМ рекомендуется для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования по жаропрочности и износостойкости.

Упрочнение КМ, получаемых по данной технологии, обеспечивается:

- за счет образования при кристаллизации расплава включений интерметаллидных фаз состава Al3X, где X- легирующие элементы Ti, Zr, V, Fe, Ni, размер включений фаз 10 мкм, количество 5-20 об.%;

- за счет введения в матрицу наноразмерных высокомодульных, высокопрочных керамических частиц (TiC, ZrC, B4C, SiC, Al2O3, ZrO2, BN, TiN) размером 50 нм в количестве 0,1 - 2,0% от массы расплава, оказывающих модифицирующее влияние на структуру матрицы и интерметаллидных фаз;

- за счет введения в матрицу дискретных керамических частиц микронного размера в количестве 1-5% от массы расплава.

Наноразмерные керамические частицы действуют при кристаллизации расплава как модификаторы, увеличивая количество и уменьшая размеры интерметаллидных фаз. Интерметаллидные фазы в матрице повышают жаро прочность, а керамические частицы микронного размера увеличивают износо стойкость КМ. В табл. 5 представлены составы и свойства исследованных КМ.

Таблица Составы, твердость и трибологические характеристики образцов при испытании при нагрузке Р=70 Н и скорости скольжения n = 600 об/мин № Состав исследуемых образцов Время до Показатели Твердость КМ п/п (вес.%) перехода изнашивания в задир Im,10-2 К,х10-4 НВ20, НВ300, t, мин мг/м, МПа МПа АК12 620±10 150± 1 11 4,92 1, АК12+3%Ti (100 мкм) 660±10 170± 2 18 4,47 1, АК12+3%Ti+0,2%SiC(50нм) 690±10 190± 3 34 2,61 0, АК12+3%Ti+0,2%SiC(20нм) 690±10 190± 4 33 2,67 0, АК12+3%Ti+0,2%SiC(50нм) 750±10 220± 5 72 0,72 0, +5% SiC(14мкм) АК12+3%Ti+0,2%SiC(20нм) 760±10 220± 6 74 0,70 0, +5% SiC(14мкм) В скобках отмечены размеры порошков титана и SiC НВ20 и НВ300 - твердость при температурах +20 и +3000С Образцы из сплава АК12, а также КМ на его основе испытывали в условиях сухого трения на установке УМТ-1 (ГОСТ 23.210-80). Видно, что задиростойкость КМ, армированных интерметаллидными фазами вместе с наноразмерными керамическими частицами, увеличивается в сравнении с матричным сплавом в 3 раза, интерметаллидными фазами вместе с наноразмерными и микронными керамическими частицами – в 7 раз.

Результаты испытаний показывают, что интенсивность и коэффициент изнашивания КМ, армированных наноразмерными частицами SiC, почти вдвое меньше, чем у матричного сплава и КМ с интерметаллидными частицами. КМ, содержащие в составе кроме интерметаллидных фаз частицы нано- и микронного размера, превосходят по этим параметрам матричный сплав в восемь раз. У КМ, включающие кроме интерметаллидных фаз керамические частицы нано- и микронного размера, возрастает твердость при комнатной и повышенной температурах.

Таким образом, комбинация в алюминиевой матрице равномерно распределенных упрочняющих частиц разных природы и масштаба, у которых отличаются модули упругости, коэффициенты термического расширения, уровни связи с матрицей, обеспечивает повышение жаропрочности, задиро- и износостойкости.

Применение КМ системы Al-Ti-TiC-наноразмерные частицы TiCN.

Проведена апробация КМ с интерметаллидным упрочнением и полиармированием в присутствии наноразмерных модификаторов в узлах трения электрических центробежных насосов предприятия изготовителя ПК Борец (Центр разработки нефтедобывающего оборудования). В качестве матричного сплава был выбран промышленный сплав АК12М2МrH, обладающий высокими механическими свойствами (в- 186 МПа, - 0,5 %, твердость- 90 HB, ГОСТ 1583-93). В качестве наноразмерного модификатора применяли нанопорошки TiCN, показавшие по ранее представленным исследованиям, наибольший модифицирующий эффект.

Результаты испытаний пар трения представлен в табл. 6. Втулки подшипника для пар трения изготавливались из соответствующих заготовок КМ (рис. 17), а защитная втулка из твердого сплава ВК8.

Таблица Результаты испытаний втулок радиальных пар трения Тип втулки/ Материал Максимальный Суммарный износ**, износ втулок, мм мкм/км * Втулка подшипника / КМ 0,03 0, Защитная втулка/ Твердый сплав ВК8 0 Шероховатость Ra, мкм Втулка подшипника (край/середина/край) 1,00 / 1,38 / 3, * КМ АК12М2МrH +5вес%TiС(40-00мкм) +3%весТi(100мкм)+ 0,25вес%TiCN(30нм) Рис. 17. Втулка ** Определен по сумме результатов трех этапов испытаний:

подшипника из КМ 1 – имитат пластовой жидкости +сжатый воздух 360 мин;

(состав см. в табл. 6) 2 – 100% H2O 120 мин;

3 - H2O+сжатый воздух 60 мин Результаты испытаний по определению интенсивности износа радиальных пар трения из КМ и результаты замера величины шероховатости на рабочей поверхности в зоне трения втулки подшипника после всех этапов испытаний на стенде СТИЗ-1предприятия изготовителя показали, что все радиальные пары трения испытания на износостойкость по методике «МИВ-1»

при удельном радиальном давлении 100 Н/см выдержали.

Синтез КМ с углеродсодержащими природными модификаторами из шунгитовых пород. Наноструктурирование можно осуществить за счет влияния на литую структуру наноразмерных тугоплавких добавок в виде частиц графита, нанотрубок или фуллеренов. При этом, как показано методами трансмиссионной электронной микроскопии, наноразмерные тугоплавкие добавки, например, фуллерены и нанотрубки, могут сохраниться в литой структуре.

Источником фуллеренов могут быть шунгитовые породы, являющиеся природными композиционными материалами, свойства которых обусловлены, с одной стороны, структурой и свойствами углерода, а с другой - сложным минеральным составом, изменяющимся от кремнистого, алюмосиликатного и карбонатного до смешанного. Шунгит состоит в основной массе из глобул, содержащих пакеты плавно изогнутых углеродных слоев, охватывающих нанопоры, и по ряду признаков может быть охарактеризован как фуллереноподобный углерод. Применение шунгитовых пород, являющихся доступным и дешевым сырьем для получения углерода в наномодифицированном состоянии, представляет значительный научный и практический интерес для изготовления конструкционных материалов нового поколения.

В работе изучено модифицирующее влияние шунгитовых пород на структуру и свойства литых алюмоматричных КМ. Для изготовления экспериментальных партий наноструктурированных наполнителей были выбраны шунгитовые породы трех различных месторождений, отличающихся повышенным содержанием углерода с фуллереноподобной структурой.

Процесс обработки определялся осуществлением твердофазных реакций, в том числе каталитически инициированных, между микро- и нано-размерными породообразующими минералами (кварц, слюда) и некристаллическим углеродом (шунгитом). Состав кристаллических компонентов устанавливали с помощью рентгенофазового анализа с учетом дериватографических данных по содержанию углерода. В целом, состав основных компонентов обработанных шунгитовых пород в партиях изменялся в следующих пределах (в масс. %): I - углерода – не менее 50-60, SiC – 10-25, силицидов железа – 10 15, SiO2 – 5-15;

II – углерода не менее - 40-50, SiC - 20-30, SiO2 – до 30;

III – углерода не менее - 30-40, SiC - 30-40, силицидов железа – до 5, SiO2 – 5-25.

Также присутствовали частицы кристобаллита (до 10%) и неидентифицированные фазы (до 5%).

Предложен способ введения шунгитов в алюминиевые расплавы методом механического замешивания с использованием носителей – алюминиевых гранул и реакционно активных титановых порошков, участвующих в экзотермических реакциях in-situ (составы образцов представлены в табл. 7).

Таблица Состав и свойства КМ (Al матрица* – шунгитовые наполнители) Модификаторы Оценка Свойства № процесса Ti, порошок, Шунгитовая по-, НВ ср., обр. замешивания гр/см 5 вес.%, мкм рода, № партии МПа - - - - 2,66 100мкм - - - 2,68 600мкм - - - 2,66 Исх.**, 2 вес.% Не замешался - - - I, 2 вес.% Отлично - - 2,62 II, 2 вес.% Хорошо - - 2,64 III, 2 вес.% Отлично - - 2,66 100мкм Исх., 1 вес.% Удовл.

- 2,31 600мкм Исх., 1 вес.% Удовл.

- 2,33 100мкм I, 2 вес.% Хорошо - 2,66 100мкм II, 2 вес.% Отлично - 2,65 * Al матрица состава: 60 вес.% сплава АТ2Мг + 40 вес.% Al гранул;

АТ2Мг- модельный антифрикционный сплав (Al - основа, Ti - 2 вес.%, Mg – 1 вес.%, Mn, Si, Cu, Cr, Fe, каждого 0,3 вес.%) ** Исх.- шунгитовая порода после дробления и измельчения, 40 мкм.

Исследована структура КМ с добавками модифицированных шунгитов и показано их стабилизирующее влияние на процесс сухого трения скольжения.

При введении в расплав модифицированных пород на гранулах алюминия как носителе они распределяются в матрице равномерно, без видимых скоплений, преимущественно в зонах обогащения, что свидетельствует об оттеснении шунгитовых наполнителей кристаллами затвердевающей матрицы в междендритные (межячеистые) пространства.

Микроструктура образца, содержащего модифицированную шунгитовую породу партии III, приведена на рис. 18. Введение шунгитового наполнителя на Al гранулах не влияет на схему кристаллизации образца КМ (рис. 18 а).

3 а б в Содержание элементов, ат.% Точки Al C O Mg Si Mn Fe Ca Cr 26,34 66,21 5,99 0,80 0,36 - - 0,30 20,64 5,95 17,62 35,91 19,88 - - 68,15 12,84 - - 5,88 0,58 11,44 - 1, 97,51 - - 2,49 - - - - 14,66 67,86 14,56 0,34 - - - 2, Рис. 18. Структура образца КМ №7 (состав см. в табл. № 7) и результаты МРСА Структуру такого вида можно охарактеризовать как макрооднородную.

При съемке в отраженных электронах (рис. 18 б) видно, что межячеистые прослойки отличаются по составу, что подтверждается данными спектрограмм.

Так, светлые прослойки (точка 3) являются эвтектикой Al-Al3Fe, в то время как темные прослойки (точка 2) содержат интерметаллид Mg2Si. По сравнению с матрицей (точка 4) эвтектические прослойки обогащены углеродом, при этом в прослойках, содержащих железо, процентное содержание углерода выше. На микрофотографии рис. 18 в, выполненных съемкой в режиме вторичных электронов, видно богатое углеродом включение (точка 5), состоящее из множества сросшихся субмикро- и нанокомпонентов. Такие включения присутствуют, в основном, в эвтектических прослойках состава Al-Al3Fe или изолировано (точка 1).

На рис. 19 представлена микроструктура образца КМ, содержащего модифицированную шунгитовую породу партии I, введенную на Ti – носителе.

Видно, что в присутствии шунгитового наполнителя порошок титана не полностью прореагировал с Аl матрицей, т.е. реакция in-situ тормозится. МРСА показывает, что вокруг порошка-носителя Ti (точка 1) образуются оболочки из интерметаллидной фазы Al3Ti (точка 2), окруженные Al матрицей (точка 3).

Частицы модифицированного шунгитового наполнителя группируются в межзеренных пространствах (точка 4).

№ Содержание элементов, ат.% точки Al Ti C O Na Mg 1,01 98, 1 - - - 71,82 24,08 - 0, 2 - 84,53 0,51 10,25 - 3, 3 5,65 0,22 46,31 35,12 0,65 2, № Si S Cl K Ca Cr точки 1 - - - - - 0,16 2 - - - - 1,60 3 - - - - 0,62 1,50 0,24 0,33 2,04 5,12 Рис. 19. Микрофотография образца КМ №10 состава АТ2Мг + Al гранулы + 5 вес.% Ti + 2 вес.% модифицированного шунгитовой породой I и результаты МРСА Анализ зависимостей интенсивности изнашивания и значений коэффициента трения (рис. 20) от нагрузки показал стабилизирующее влияние 14 Интенсивность изнашивания, Iv х10-3 мм3/м Интенсивность изнашивания, Iv х10-3 мм3/м 12 7 6 8 5 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 Нагрузка, Н Нагрузка, Н в а 0,8 0, 0, 0, Коэффициент трения, f Коэффициент трения, f 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,3 0,2 0, 10 20 30 40 50 60 70 10 20 30 40 50 60 Нагрузка, Н Нагрузка, Н б г Рис. 20. Интенсивность изнашивания Iv и коэффициент трения f в зависимости от нагрузки матрицы и образцов КМ: при введении шунгитового наполнителя на Al гранулах (а, б);

при введении шунгитового наполнителя на Al-гранулах с добавками Ti порошка (в,г). Номера образцов соответствуют табл. модифицированных шунгитовых наполнителей на процесс трения, причем оно проявляется в большей степени для наполнителя партии I, который характеризуются повышенным содержанием углерода: коэффициент трения по сравнению с матричным сплавом АТ2Мг (60 вес.%) +Al (40 вес.%) во всем диапазоне нагрузок в среднем уменьшен на 10-20%, интенсивность изнашивания уменьшена на 35-40%, диапазон трибонагружения расширен до 60 Н. При этом разброс значений коэффициентов трения минимален, что позволяет говорить о стабилизирующем воздействии добавок модифицированных шунгитовых пород на процесс трения. Вероятно, шунгитовые наполнители также выполняют роль и сухой смазки, что особенно заметно при возрастании нагрузки.

Таким образом, использование наномодифицированных шунгитовых пород в качестве наполнителей в алюмоматричных КМ представляет практический интерес. Результаты экспериментов подтверждают, высказанные ранее теоретические предпосылки, что межфазная энергия подложка (структурные составляющие шунгита) – расплав, уменьшается с размерами частиц и в системе улучшается смачиваемость. Очевидно (показано на примере модифицированной партии шунгитов № 1), что для увеличения эффективности применения шунгитовых наполнителей необходимо их модифицирование с целью увеличения количества наноразмерных углеродосодержащих составляющих в порошке.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Разработаны и реализованы принципиально новые методы синтеза КМ. Разработаны технологические основы процессов получения литых композиционных дисперсно-наполненных материалов с матрицами из легких сплавов и полуфабрикатов из них, в том числе высокоармированных.

2. Разработаны новые дисперсно наполненные композиционные материалы на базе сплавов алюминия с повышенными прочностью и износостойкостью за счет методов изготовления КМ, обеспечивающих:

армирование матричных сплавов плохо смачиваемыми наполнителями посредством применения новых композиционных лигатур;

наноструктурирование матрицы при введении в расплавы ex-situ наноразмерных тугоплавких наполнителей на носителях;

упрочнение фазами, синтезируемыми в процессах in-situ.

3. Выявлены особенности кристаллизации расплавов, содержащих реакционно активные добавки. Показано, что в качестве упрочняющей фазы в КМ с матрицами на основе алюминия наряду со специально вводимыми ex-situ частицами тврдых, тугоплавких материалов (карбидов, оксидов) могут быть использованы интерметаллидные фазы, образующиеся в результате межфазных реакций.

4. На основе теоретического анализа и экспериментальных данных обоснованы размеры и концентрации наноразмерных добавок в КМ.

Разработаны технологические варианты изготовления литых дисперсно наполненных КМ на базе легких сплавов, способы введения в матричные сплавы наноразмерных модификаторов структуры, режимы совмещения компонентов КМ. Получены и исследованы КМ на основе алюминия с титаном и никелем в качестве легирующих элементов, образующих in-situ армирующие фазы, и наноразмерными нуклеантами: частицами синтетического алмаза (C) крупностью 50 и 150 нм;

частицами карбида кремния (SiC) размером 17 и нм;

порошками оксида алюминия (Al2O3) и вольфрама (W) размером 50 нм;

порошками карбонитрида титана (TiCN) и вольфрам-углеродной композиции (W-C) размером 30 нм;

порошками наноструктурированной шунгитовой породы, содержащей углерод в форме гиперфуллереновых структур, наноразмерными волоконами и частицами SiC и наноразмерными частицами FeSix. Определено влияние модифицирующих наноразмерных добавок на процессы кристаллизации и трансформационного упрочнения КМ. Показано, что по модифицирующему влиянию на структуру КМ (размер зерен -Al, размер и количество интерметаллидных фаз, дисперсность эвтектики) наноразмерные тугоплавкие добавки располагаются в порядке возрастания в следующий ряд: синтетические алмазы, SiC, Al2O3, W, W-C, TiCN, что согласуется с возрастающей в них долей металлической связи.

5. Показано, что использование наномодифицированных шунгитовых пород в качестве наполнителей в алюмоматричных КМ представляет практический интерес: уменьшаются коэффициенты трения и интенсивность изнашивания. Для увеличения эффективности применения шунгитовых наполнителей необходимо их модифицирование с целью увеличения количества наноразмерных углеродосодержащих составляющих.

6. С целью разработки композиционных лигатур на базе трудно смачиваемых наполнителей (НК SiC) исследована термическая стабильность металлических покрытий, нанесенных методом термического разложения карбонилов Fe и Cr. Определена энергия активации адгезии металлов к керамическим подложкам, ее значения равны: 175 кДж/моль и 198 кДж/моль для Сr и Fe покрытий на НК SiC соответственно. С этой же целью проведены эксперименты по иммерсионному смачиванию волокон SiC расплавами алюминия при легировании поверхностноактивными элементами. Получены следующие значения энергии активации: 358, 342 и 322 кДж/моль для алюминия и сплавов Al - 4 вec.% Mg, A1- 2,5 веc.% Bi, соответственно.

7. Разработаны композиции новых составов на базе промышленных сплавов АК12, АК12М2МгН, армированных дискретными частицами SiC, TiC и интерметаллидными фазами в присутствии наноразмерных добавок. Проведена апробация КМ с полиармированием в узлах трения электрических центробежных насосов предприятия изготовителя ПК Борец (Центр разработки нефтедобывающего оборудования).

8. Получены более высокие триботехнические показатели КМ по сравнению с традиционными антифрикционными сплавами типа АОМ 20-1, БрО5Ц5С5: увеличена задиростойкость, снижена интенсивность изнашивания, повышены нагрузочная способность и стабильность процесса трения, расширен диапазон трибонагружения. Технология получения новых КМ легко адаптируется к условиям серийного литейного производства, материалы допускают обработку давлением и механическую обработку.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

Рецензируемые научные журналы, рекомендованные ВАК РФ:

1. Калашников, И.Е. Получение порошков, армированных дискретными частицами и нитевидными кристаллами карбида кремния / И.Е. Калашников, В.Н. Мещеряков, Т.А. Чернышова, Т.В. Корж // Физика и химия обработки материалов. – 1992. - №3. - С. 126-130.

2. Чернышова, Т.А. Трибологические характеристики алюмоматричных композиционных материалов, упрочненных наноразмерными наполнителями / Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников // Трение и износ. - 2005. - т.26. - №4. - С. 446-450.

3. Чернышова, Т.А. Получение алюмоматричных композиционных материалов с наноразмерными модификаторами методами жидкофазного совмещения / Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева // Физика и химия обработки материалов. - 2006 - №1. - С. 85-90.

4. Чернышова, Т.А. Влияние тугоплавких наночастиц на модификацию структуры металломатричных композитов / Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева, И.Е. Калашников, П.А. Быков // Металлы. - 2007. - №3. - С. 79 84.

5. Чернышова, Т.А. Композиционные материалы с матрицей из алюминиевых сплавов, упрочненных частицами, для пар трения скольжения / Т.А. Чернышова, Ю.А. Курганова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е.

Калашников, И.В. Катин, А.В. Панфилов, А.А. Панфилов // Конструкции из композиционных материалов. Межотраслевой научно-технический журнал. 2007. – вып.3. - С. 38-48.

6. Чернышова, Т.А. О модифицировании литых композиционных материалов тугоплавкими наноразмерными частицами. / Т.А. Чернышова, Л.И.

Кобелева, И.Е. Калашников, Л.К Болотова // Металлы. - 2009. - №1. - С. 79-87.

7. Михеев, Р.С. Разработка композиционных материалов системы Al-Ti TiC. / Р.С. Михеев, Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.И. Кобелева // Физика и химия обработки материалов. - 2009. - №3. - С. 85-90.

8. Чернышова, Т.А. Исследование модифицирующего влияния добавок нанопорошков, полученных плазмохимическим синтезом, на структуру литых алюмоматричных КМ / Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, А.В. Самохин, Н.В.

Алексеев, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева // Российские нанотехнологии. - 2009. т.4. - №7-8. - С. 149-154.

Калашников, И.Е. Изготовление высокоармированного 9.

алюмоматричного композиционного материала / И.Е. Калашников, Л.К.

Болотова, Л.И. Кобелева, И.В. Катин, Т.А. Чернышова // Физика и химия обработки материалов. - 2009. - №6. - С. 48-54.

Калашников, И.Е. Структура литых алюмоматричных 10.

композиционных материалов, армированных интерметаллидными фазами и наноразмерными тугоплавкими порошками / И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Т.А. Чернышова // Цветные металлы. - 2010. - №9. - С. 67-71.

11. Чернышова, Т.А. Трибологические свойства литых алюмоматричных композитов, модифицированных нанопорошками / Т.А. Чернышова, И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова // Металлургия машиностроения. - 2010. - №2. - С.

17-22.

12. Калашников, И.Е. Композиционные материалы с наполнителями из шунгитовых пород / И.Е. Калашников, В.В. Ковалевский, Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова // Металлы. - 2010. - №6. - С. 85-95.

13. Чернышова, Т.А. Разработка и апробация композиционных материалов систем Al-SiC, Al-TiC в узлах трения нефтедобывающего оборудования / Т.А. Чернышова, Р.С. Михеев, И.Е. Калашников, И.В. Акимов, Е.И. Харламов // Физика и xимия обработки материалов. - 2010. - №5, - С. 78 86.

14. Быков, П.А. Влияние дисперсных наполнителей на изнашивание алюмоматричных композиционных материалов / П.А. Быков, Л.И. Кобелева, И.Е. Калашников, Т.А. Чернышова // Материаловедение. - 2011. - №3. - С. 27 33.

15. Подымова, Н.Б. Измерение упругих модулей дисперсно наполненных композиционных материалов лазерным оптико-акустическим методом / Н.Б.

Подымова, А.А. Карабутов, С.В. Павлин, И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Т.А.

Чернышова, Л.И. Кобелева, В.Ф. Кулибаба // Физика и химия обработки материалов. - 2011. - №2. - С. 78-87.

16. Чернышова, Т.А. Трибологические характеристики литых алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными тугоплавкими порошками / Т.А. Чернышова, И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова // Российские нанотехнологии. - 2011. - Т. 6. - № 1 2. - С. 135-142.

17. Чернышова, Т.А. Наноструктурирование алюмоматричных композиционных материалов, изготавливаемых реакционным литьм / Т.А.

Чернышова, И.Е. Калашников, А.Т. Волочко, С.А. Астапчик // Ученые записки ЗабГГПУ. - 2011. - №3. - С. 174-177.

18. Калашников, И.Е. Исследование структуры и свойств алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными частицами / И.Е. Калашников //Заготовительные производства в машиностроении. - 2011. - № 8. - С. 27-36.

Патенты и авторские свидетельства:

19. А.с. 1692742 (СССР). Способ получения композиционного порошка / В.Н. Мещеряков, Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, А.В. Николаев, М.В.

Самойленко, М.В. Фисенков, - Заявлено 14. 07.1989. - Опубл. 23.11.91. - Бюл. № 43.

20. Патент №2318029 РФ. Способ рафинирования алюминиевых сплавов / А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов, Ал.А. Панфилов, А.В. Петрунин, Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.И. Кобелева, Л.К.

Болотова, - Заявлено 28.06.2006. - Опубл. 27.02.2008. - Бюл. № 6.

21. Патент №2323991 РФ. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения / А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов, Ал.А. Панфилов, А.В. Петрунин, Т.А. Чернышова, И.Е.

Калашников, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, - Заявлено 22.09.2006. - Опубл.

10.05.2008. - Бюл. № 13.

Патент № РФ. Способ получения литого 22. высокоармированного алюмоматричного композиционного материала / И.Е.

Калашников, Т.А. Чернышова, И.В. Катин, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, Заявлено 18.10.2007. - Опубл. 27.05.2009. - Бюл. № 15.

Научные издания и журналы, не входящие в перечень ВАК РФ:

23. Калашников, И.Е. Получение КМ механическим замешиванием дискретного наполнителя в расплав / И.Е. Калашников, Т.А. Чернышова, В.Н.

Мещеряков, Т.В. Корж, С.М. Савватеева // Сборник «Технология», серия «Конструкции из композиционных материалов». – 1993. - вып. 2. - С. 17-22.

24. Болотова, Л.К. О методах исследования в композиции «металлическая матрица - частицы или НК SiC. / Л.К. Болотова, И.Е. Калашников, Т.В. Корж, Т.А. Чернышова // Адгезия расплавов и пайка материалов. – 1994. - №31. - С.

69-73.

25. Chernyshova, T.A. Fabrication, structure and properties of aluminium matrix composites reinforced by the SiC-particles / T.A. Chernyshova, L.I. Kobeleva, T.V. Korsz, I.E. Kalashnikov // Сб. трудов «High temperature capillarity», Institute of Inorganic Chemistry Slovak Academy of Sciences. - Bratislava. - 1995. - Р. 286 293.

26. Chernyshova, T.A Effect of Refractory Nanoparticles on the Structural Modification of Metal – Matrix Composites / T.A Chernyshova, L.K. Bolotova, L.I.

Kobeleva, I.E. Kalashnikov, P.A. Bykov // Russian Metallyrgy (Metally). Ed.

O.A.Bannykh, МАИК "Наука/Interperiodika". - 2007. - №3, - Р. 236-341.

27. Артюков, И.А. Использование метода компьютерной рентгеновской микротомографии для исследования алюмоматричных композиционных материалов / И.А. Артюков, К.Е. Городничев, Е.Е. Ашкинази, В.Г. Ральченко, Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, И.Е. Калашников // Сб. научных трудов. - Т.9.

- М.: МИФИ. - 2008. - С. 55 -56.

28. Чернышова Т.А. Новые алюмоматричные композиционные материалы триботехнического назначения: принципы создания и перспективы / Т.А.

Чернышова, Л.И. Кобелева, И.Е. Калашников, Л.К. Болотова // Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН – 70 лет. - Сб. научных трудов под ред. академика К.А. Солнцева. - М.: Интерконтакт Наука. - 2008. С. 385-404.

29. Чернышова, Т.А. Алюмоматричные композиционные материалы с наноразмерными модификаторами: структура и трибологические свойства / Т.А. Чернышова, В.Г. Ральченко, Е.Е. Ашкинази, Л.И. Кобелева, И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова, С.В. Уваров // Труды Всероссийских и международных н.-т. конф. (Реутов -Москва 2004 - 2008), изд. МГТУ им.

Н.Э.Баумана. - 2008. - С. 327-329.

30. Chernyshova, T.A. Modification of cast aluminum-matrix composite materials by refractory nanoparticles / T.A. Chernyshova, L.I. Kobeleva, I.E.

Kalashnikov, L.K. Bolotova // Russian Metallyrgy (Metally). - 2009. - №1. - P. 71 77.

31. Chernyshova, T. A. A study of the modifying influence of nanoparticle additives produced by plasma-chemical synthesis on the structure of cast aluminum matrix composite materials / T. A. Chernyshova, I. E. Kalashnikov, A. V. Samokhin, N.V. Alekseev, L.K. Bolotova, and L.I. Kobeleva // Nanotechnologies in Russia. 2009. - V.4. - № 7-8. - P. 518-524.

32. Chernyshova, T.A. Cast aluluminum-matrix composite materials with refractory nanoparticles / T.A. Chernyshova, L.I. Kobeleva, I.E. Kalashnikov, L.K.

Bolotova // Rare Metals. - Vol.28, - Spec.Issue. - 2009. - P. 179-183.

33. Чернышова, Т.А. Литые алюмоматричные КМ, модифицированные наноразмерными тугоплавкими порошками, и их трибологические свойства / Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.К. Болотова // 3-е российское научно техническое совещание "Взаимодействие науки и литейно-металлургического производства". - Самара, 12 февраля 2010. Эл. Сборник трудов. - С. 98-105.

34. Kalashnikov, I.E. Aluminum_matrix composite materials with shungite rock fillers / I.E. Kalashnikov, V.V. Kovalevski, T.A. Chernyshova, L.K. Bolotova // Russian Metallurgy (Metally). - 2010. - №11. - P. 1063–1071.

35. Kalashnikov, I. E. Tribological characteristics of cast aluminum_matrix composites modified by nanosized refractory powders / I. E. Kalashnikov, L.K.

Bolotova, T.A. Chernyshova // Nanotechnologies in Russia. - 2011. - Vol.6. - № 1 -2.

- P. 144-153.

36. Chernyshova, T.A. Development and testing of Al-SiC and Al-TiC composite materials for application in friction units of oil_production equipment / T.A. Chernyshova, R.S. Mikheev, I.E. Kalashnikov, I.V. Аkimov, E.I. Kharlamov // Inorganic Materials: Applied Research. - 2011. - Vol. 2. - № 3. - P. 282-289.

37. Калашников, И.Е. Синтез и свойства металломатричных композиционных материалов, содержащих шунгиты с фуллереноподобной структурой / И.Е. Калашников, В.В. Ковалевский, Т.А. Чернышова, Л.К.

Болотова // Фуллерены и наноструктуры в конденсированных средах.

Сборник научных статей (ISBN 978-985-476-917-2). - Минск. "Издательский центр БГУ". - 2011. - С. 295-308.

Материалы конференций и симпозиумов:

38. Калашников, И.Е. Установка для получения композиционных порошков, армированных дискретным керамическим наполнителем / Калашников И.Е. // Тез. докладов XX-ой научн.-тех. конф. «Физика и механика композиционных материалов». - Гомель. - 1991. - С. 70.

39. Калашников, И.Е. Получение композиционного материала механическим замешиванием дискретного наполнителя в расплав / И.Е.

Калашников, Т.А. Чернышова, В.Н. Мещеряков // Тез. докладов VII-ой научн. техн. конф. «Проблемы создания конструкций из композиционных материалов и их внедрения в специальные отрасли промышленности». - Миасс. - 1992. - С.

57-58.

40. Калашников, И.Е. Исследование стабильности металлических покрытий на карбидокремниевом наполнителе / И.Е. Калашников, С.М.

Саватеева, А.А. Уэльский // Тез. докладов XXI-ой научн.-техн. конф. «Физика и механика композиционных материалов». - Гомель. - 1993. - С. 50.

41. Kalashnikov, I.E. Higt-speed cooling prodaction of microcristallic composite powders / I.E. Kalashnikov, V.N. Mescheryakov, T.A. Chernyshova, T.V.

Korsz // Abstracts of the Second Sino-Russia symposium «Actual problems of contemporary materials science». - China. - Xi An. - 1993. - P. 68.

42. Chernyshova, T.A. Fabrication, structure and properties of aluminium matrix composites reinforced by the SiC-particles / T.A. Chernyshova, L.I. Kobeleva, T.V. Korsz, I.E. Kalashnikov // Abstracts of the first International Conference «High temperature capillarity». - Bratislava - 1994 - P. 18-19.

43. Чернышова Т.А. Трибологические характеристики алюмоматричных КМ, упрочненных наноразмерными наполнителями / Т.А. Чернышова, Т.В.

Лемешева, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников // Международная конференция «Нанотехнологии и их влияние на трение, износ и усталость в машинах», 14-15.12.2004. - Москва. - ИМАШ. - CD-ROM. – 2004. - С. 1-7.

44. Чернышова, Т.А. Разработка и исследование алюмоматричных композиционных материалов с использованием наноразмерных наполнителей / Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников // Межд.симпозиум «Образование через науку». - Россия. – Москва. - МГТУ им.

Н.Э. Баумана. - 2005. - С. 278.

45. Ральченко, В.Г. Алюмоматричные композиционные материалы с наноразмерными модификаторами / В.Г. Ральченко, Е.Е. Ашкинази, Т.А.

Чернышова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников, С.В. Уваров // Сборник докладов научн.-техн. конф. «Аэрокосмические технологии», г.Реутов, ФГУН "НПО машиностроения". - МГТУ им.Н.Э.Баумана. - 2005. - С. 225-227.

46. Чернышова, Т.А. Алюмоматричные композиционные материалы для узлов трения промышленного оборудования и транспорта / Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников, И.В. Катин, П.А. Быков, А.В.

Панфилов, А.А. Панфилов // Сб. трудов Межд. научн.-техн. конф. «Актуальные проблемы трибологии». - Самара, изд-во "Машиностроение". - Т.1. – 2007. - С.

479- 47. Калашников, И.Е. Получение объемных наноструктурированных композиционных материалов триботехнического назначения / И.Е.

Калашников, Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева // Сборник матер.

республиканской научн.-техн. конф. «Получение нанокомпозитов, их структура и свойства». - Ташкент. - 2007. - С. 74-75.

48. Калашников, И.Е. Модифицирование композиционных материалов добавками наноразмерных упрочнителей / И.Е. Калашников, Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева / Материалы 6-ой Всероссийской школы конференции «Индустрия наносистем и материалы». - Воронеж. - Издательство "Научная книга". - 2007. - С. 107-108.

49. Чернышова, Т.А. Тугоплавкие наночастицы как модификаторы структуры композиционных материалов / Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова, И.Е.

Калашников, Л.И. Кобелева, П.А. Быков // Труды 5-й Московской Международной конференции «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов»

(ТПКММ). - Москва. - М.: Знание. - 2008. - С. 692-698.

50. Чернышова, Т.А. Модификация структуры алюмоматричных композитов добавками тугоплавких наночастиц / Т.А. Чернышова, Л.К.

Болотова, И.Е. Калашников, Л.И. Кобелева // Труды V Международной конф.

«Материалы и покрытия в экстремальных условиях» (МЕЕ-2008). - Крым. Жуковка. - 2008. - С. 36.

51. Калашников, И.Е. Кристаллизация алюмоматричных композиционных материалов с модифицирующими добавками наноразмерных частиц оксидной керамики / И.Е. Калашников, Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, Л.К. Болотова // Тез. докладов V Международной конференции «Кристаллизация для нанотехнологий, техники и механики». - Иваново. - 2008. - С. 40.

52. Чернышова, Т.А. Влияние тугоплавких наночастиц на структуру литых композиционных материалов / Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.И.

Кобелева, Л.К. Болотова // VII Межд. науч.-техн. конф. «Современные металлические материалы и технологии», Труды СММТ. - 2009. - С. 205-215.

53. Михеев, Р.С. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы системы Al-Ti-TiC / Михеев Р.С., Калашников И.Е., Кобелева Л.И., Чернышова Т.А. // 6-ая Международная конференция «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (ТПКММ). - 2009. - Москва. - С. 131-132.

Чернышова, Т.А. Наномодифицирование композиционных 54.

материалов, изготовленных в процессах in-situ / Т.А. Чернышова, И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева // Сб. материалов в 3 книгах, Книга 1 V Межд. научн.-техн. конф. «Современные методы и технологии создания и обработки материалов». - Минск. - 2010. - С. 94-99.

55. Чернышова, Т.А. Композиционные материалы с наполнителями из природных и модифицированных шунгитов / Т.А. Чернышова, Л.К. Болотова, И.Е. Калашников, И.Е. Катин, Л.И. Кобелева // Тезисы докладов VI Межд.

конф. «Материалы и покрытия в экстремальных условиях». - Украина. Автономная республика Крым. - Большая Ялта. - 2010. - С. 223.

56. Калашников, И.Е. Влияние наноразмерных тугоплавких добавок на кристаллизацию алюмоматричных композиционных материалов, произведенных в процессе in-situ / И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Т.А.

Чернышова // Тез. докладов VI Межд. научн. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании». - Иваново. - 2010. С. 182.

57. Чернышова, Т.А. Природные и модифицированные шунгиты как наполнители алюмоматричных композиционных материалов / Т.А. Чернышова, И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева // Труды Международной науч.-техн. конф. «Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ, 10)». – Санкт-Петербург, издательство Политехнического университета. - 2010. - С.

159-160.

Чернышова, Т.А. Исследование структуры и свойств 58.

алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными тугоплавкими порошками / Т.А. Чернышова, И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова // Х Юбилейная Международная научная конференция «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии». Ставрополь. - 2010. - С. 37.

59. Чернышова, Т.А. Опыт наноструктурирования дисперсно упрочненных металломатричных композиционных материалов / Т.А.

Чернышова, И.Е. Калашников, Р.С. Михеев, Л.И. Кобелева, Л.К.

Болотова, К.О. Байкалов // Тезисы II-ой Международной научн. конф.

«Наноструктурные материалы – 2010: Беларусь – Россия – Украина». Украина. - Киев. - 2010. - С. 292.

60. Калашников, И.Е. Исследование и применение алюмоматричных композиционных материалов в узлах трения нефтедобывающего оборудования / И.Е. Калашников, Р.С. Михеев, И.В. Акимов, Е.И. Харламов // Десятая Международная науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - Россия. - Санкт-Петербург. - 2010. С. 267-268.

61. Калашников, И.Е. Применение лазерного оптико-акустического метода для определения упругих модулей металломатричных композиционных материалов, модифицированных тугоплавкими наночастицами / И.Е.

Калашников, Л.К. Болотова, Т.А. Чернышова, Н.Б. Подымова, С.В. Павлин, А.А. Карабутов // Труды Международной научно-технической конференции "Современные металлические материалы и технологии (СММТ 2011)", изд-во Политехнического университета (ISBN 978-5-7422-3084-7). - Санкт-Петербург.

- 2011. - С. 445-447.



Pages:     | 1 ||
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.