Определены механизмы прочного соединения сплавов меди с металл-керамическим материалом
Материалы, сочетающие свойства металла и керамики, при капиллярном взаимодействии с расплавами меди локально распадаются и впитывают расплав, образовывая при этом композиционный материал с повышенной твердостью и износостойкостью.
МОСКВА, 5 ноября /Новости науки/. Специалисты из НИТУ«МИСиС» и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А.Г. Мержанова РАН изучили взаимодействие расплавов меди с макс-фазой на основе титана, алюминия и азота и выяснили, что материалы, сочетающие свойства металла и керамики, при капиллярном взаимодействии с расплавами меди локально распадаются и впитывают расплав, образовывая при этом композиционный материал с повышенной твердостью и износостойкостью.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Composite Interfaces.
В аэрокосмической промышленности, энергетике и машиностроении востребованы материалы, способные выдерживать высокие температуры, давление и механические нагрузки. Такими свойствами обладают макс-фазы — соединения, сочетающие лучшие качества металлов и керамики. Они хорошо проводят тепло и электричество, подобно металлам, при этом отличаются высокой прочностью при нагреве и износостойкостью, как керамики.
Однако они пока широко не применяются в производстве из-за того, что нет технологии для надежного соединения макс-фаз с металлами, которые традиционно используются в конструкциях любой техники. Это связано с тем, что до сих пор не до конца изучено, что происходит в месте соприкосновения этих материалов с различными расплавами.
Исследователи помещали отполированные пластины макс-фаз в специальную вакуумную камеру и сбрасывали на них капли расплавленной меди при температурах от 1085 градусов Цельсия до 1200 градусов Цельсия. Процессы капиллярного взаимодействия наблюдали с помощью высокоскоростной камеры и скоростных тепловизионных измерений.
Оказалось, что при контакте с медью стабильная структура макс-фазы начинает разлагаться на твердые частицы нитрида титана, а также атомы алюминия, которые переходят в медный расплав. Это приводит к тому, что объем макс-фазы уменьшается, из-за чего в ней формируются микрополости. Медный расплав активно заполняет их, впитываясь в материал. При этом авторы измеряли скорость поглощения меди и ее зависимость от температуры и выяснили, что процесс распада и впитывания происходит контролируемо: его можно регулировать с помощью температуры и времени нагрева выше температуры плавления меди.
Получающиеся в результате взаимодействия расплава с макс-фазой материалы оказались гораздо тверже чистой меди. Спаянные расплавом зерна исходной макс-фазы при этом также продемонстрировали повышенную твердость, что указывает на повышенную устойчивость нового материала к износу и деформации, чем обычные металлы.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Composite Interfaces.
В аэрокосмической промышленности, энергетике и машиностроении востребованы материалы, способные выдерживать высокие температуры, давление и механические нагрузки. Такими свойствами обладают макс-фазы — соединения, сочетающие лучшие качества металлов и керамики. Они хорошо проводят тепло и электричество, подобно металлам, при этом отличаются высокой прочностью при нагреве и износостойкостью, как керамики.
Однако они пока широко не применяются в производстве из-за того, что нет технологии для надежного соединения макс-фаз с металлами, которые традиционно используются в конструкциях любой техники. Это связано с тем, что до сих пор не до конца изучено, что происходит в месте соприкосновения этих материалов с различными расплавами.
Исследователи помещали отполированные пластины макс-фаз в специальную вакуумную камеру и сбрасывали на них капли расплавленной меди при температурах от 1085 градусов Цельсия до 1200 градусов Цельсия. Процессы капиллярного взаимодействия наблюдали с помощью высокоскоростной камеры и скоростных тепловизионных измерений.
Оказалось, что при контакте с медью стабильная структура макс-фазы начинает разлагаться на твердые частицы нитрида титана, а также атомы алюминия, которые переходят в медный расплав. Это приводит к тому, что объем макс-фазы уменьшается, из-за чего в ней формируются микрополости. Медный расплав активно заполняет их, впитываясь в материал. При этом авторы измеряли скорость поглощения меди и ее зависимость от температуры и выяснили, что процесс распада и впитывания происходит контролируемо: его можно регулировать с помощью температуры и времени нагрева выше температуры плавления меди.
Получающиеся в результате взаимодействия расплава с макс-фазой материалы оказались гораздо тверже чистой меди. Спаянные расплавом зерна исходной макс-фазы при этом также продемонстрировали повышенную твердость, что указывает на повышенную устойчивость нового материала к износу и деформации, чем обычные металлы.
