Самораспространяющийся высокотемпературный синтез модифицирующих лигатур и композиционных сплавов в расплаве алюминия с применением флюсов
Скачать 277.28 Kb.
|
| На правах рукописи ЛУЦ АЛЬФИЯ РАСИМОВНА САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ЛИГАТУР И КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВОВ В РАСПЛАВЕ АЛЮМИНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЛЮСОВ
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2006 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет". Научный руководитель кандидат технических наук, доцент МАКАРЕНКО Александр Григорьевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЮХВИД Владимир Исаакович кандидат технических наук, доцент ЖУРАВЕЛЬ Леонид Васильевич Ведущая организация Московский институт стали и сплавов (технологический университет) Защита состоится: " 15 " декабря 2006 года в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.217.01 при Самарском государственном техническом университете по адресу: 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, аудитория 500. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета. Автореферат разослан " ___ " ноября 2006 года Ученый секретарь диссертационного совета _____________ А.М. Штеренберг
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ В диссертационной работе представлены результаты исследования процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в расплаве алюминия, на основании которых разработаны технологии получения модифицирующих лигатур и композиционных сплавов на алюминиевой основе. Актуальность работы. Сплавы на алюминиевой основе нашли применение в космической, авиационной и многих гражданских отраслях промышленности и на сегодняшний день занимают второе место в мире по объемам производства. Однако проблема повышения механических и эксплутационных свойств алюминиевых сплавов до сих пор остается актуальной. Один из путей решения данной проблемы – модифицирование, т.е. измельчение зерна структуры сплава, для осуществления которого применяются, в основном, лигатуры, причем более 70% применяемых лигатур в качестве модифицирующей добавки содержат титан. Наиболее востребованными, ввиду высокой эффективности и относительно небольшой стоимости, являются лигатуры Al-Ti и Al-Ti-B. В результате многочисленных исследований их структуры установлено, что для получения максимального модифицирующего эффекта частицы TiAl3 и TiB2 должны быть, по возможности, сферическими и иметь размер: первые не более 150 мкм, а вторые 1-2 мкм. Для избавления от вредных примесей в лигатуры также зачастую добавляют многокомпонентные флюсы различных составов в количестве до 0,3%, которые в качестве одного из компонентов содержат натриевый криолит. Помимо этого, во всех традиционных технологиях получения модифицирующих лигатур, кроме проблемы высоких энерго- и трудозатрат, остро стоит вопрос интенсивного газонасыщения, что приводит к огрублению структуры первичных интерметаллидов. В 1967 г. академиком А.Г. Мержановым и его коллегами был открыт новый способ получения тугоплавких соединений, который получил название самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). В 90-е г.г. в Самарском государственном техническом университете были проведены первые экспериментальные исследования по СВ-синтезу модифицирующих лигатур Al-Ti и Al-Ti-B непосредственно в расплаве алюминия. Была показана принципиальная возможность получения лигатур с достаточно высокой степенью усвоения вводимых компонентов (в виде экзотермической шихты). Однако закономерности протекания процесса СВС в расплаве алюминия, а также влияние на синтез неорганических флюсов и различных составов исходной шихты требуют дальнейшего изучения. Выявление этих закономерностей является весьма актуальной задачей, так как открывает возможность синтеза лигатур с мелкокристаллической структурой и, как следствие, с повышенной модифицирующей способностью. Для работы современной техники необходимы принципиально новые конструкционные и функциональные материалы. Перспективность для этих целей композиционных материалов на базе алюминиевых сплавов, упрочненных высокопрочными тугоплавкими частицами керамики, подтверждается отечественным и зарубежным опытом опробования металлических композиционных материалов. Параметры решетки частиц карбидов переходных металлов, особенно TiС, в наибольшей степени близки к параметру решетки твердого раствора алюминия. Проблема состоит в способе ввода керамической фазы в расплав. Поэтому исследование и разработка одностадийной технологии получения композиционного сплава Al-TiC, который при небольшой массе будет обладать высокими показателями прочности, износостойкости, термостойкости, жесткости и т.д., является актуальной проблемой и имеет большую практическую ценность. Работа была выполнена в Инженерном центре СВС Самарского государственного технического университета. Исследования выполнялись в рамках Научно-технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники 2001-2003 г.г.", Государственного контракта № 02.467.11.2003 от 30.10.2005 г. с Федеральным агентством по науке и инновациям на выполнение комплексного проекта ИН-КП.3/001 по Федеральной целевой научно-технической программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы, гранта Ученого совета ГОУВПО СамГТУ 2006 г. и гранта областного Конкурса Министерства образования и науки Самарской области для студентов, аспирантов и молодых ученых 2006 г. (62 Т 3.5 К). Цель работы. Установить закономерности протекания процесса СВС в расплаве алюминия, а также оценить влияние неорганических флюсов на процесс получения модифицирующих лигатур и композиционных сплавов. Для достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи: 1. Проведение термодинамического анализа систем Al-5%Ti-флюс, Al-5%Ti-1%B-флюс, Al-15%(Ti+C)-флюс с целью: - определения фазового состава продуктов СВС-реакций; - оценки максимальной адиабатической температуры расплава алюминия с целью прогнозирования свойств конечного сплава; - расчета оптимального количества вводимого флюса для полного удаления оксидов компонентов порошковой СВС-смеси; - выбора начальной температуры расплава алюминия для получения максимального выхода целевых фаз. 2. Построение феноменологической химической модели стадийности взаимодействия неорганических флюсов криолит (Na3AlF6) и NOCOLOK (K1-3AlF4-6) с оксидами компонентов шихты. 3. Исследование закономерностей протекания СВС в расплаве алюминия в системах Al–Ti, Al–Ti–B, Al–Ti–C и установление влияния контролируемых СВС- и технологических параметров процесса на структурообразование целевых фаз лигатур и композиционного сплава. 4. Разработка технологии получения композиционного сплава Al–TiC с применением процесса СВС в расплаве алюминия. 5. Исследование модифицирующей способности СВС-лигатуры Al–5%Ti–1%B на структуру сплава АК12, а также основных механических характеристик СВС-композиционного сплава Al–TiC. Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны модифицирующие лигатуры и композиционные сплавы на основе алюминия. Термодинамические расчеты температуры и равновесного состава продуктов горения проводили с использованием комплекса программ «THERMO», разработанных в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН и основанных на методе минимизации термодинамического потенциала (энергии Гиббса). Экспериментальные исследования процесса СВС проводились с использованием плавильной печи ПП20/12, термопар ХА, ПР, а также цифрового милливольтметра постоянного тока Щ1516. Для анализа продуктов горения применялись методы металлографического, рентгенофазового, химического, спектрального и микрорентгеноспектрального анализов. Научная новизна работы. 1. Впервые методами термодинамического анализа показана возможность протекания СВ-синтеза в системах Al-5%Ti-флюс, Al-5%Ti-1%B-флюс, Al-15%(Ti+C)-флюс, а также рассчитаны наиболее благоприятные температурные интервалы для реализации СВС-реакций. 2. Построена феноменологическая химическая модель стадийности взаимодействия неорганических флюсов криолит (Na3AlF6) и NOCOLOK (K1-3AlF4-6) с оксидами компонентов шихты. 3. Впервые установлены основные закономерности протекания процесса СВС в расплаве алюминия, определено влияние контролируемых СВС- и технологических параметров процесса на структурообразование конечного сплава. 4. В полученных в различных условиях сплавах Al-5%Ti, Al-5%Ti-1%B, Al-TiC, приготовленных методом СВС, впервые определен химический состав и размер частиц образующихся фаз. Научная ценность работы заключается в том, что полученные в ней новые результаты расширяют и углубляют физические представления о процессе СВС в расплаве алюминия, а также о физико-механических свойствах модифицирующих лигатур и композиционных сплавов. Практическая значимость. 1. Разработан низкотемпературный метод приготовления композиционного сплава Al-TiC в одну стадию с применением процесса СВС в расплаве, обеспечивающего образование целевой фазы упрочнителя TiC. 2. Отработаны технологии приготовления модифицирующих лигатур Al-5%Ti, Al-5%Ti-1%B и композиционного сплава Al-TiC с использованием процесса СВС в расплаве, позволяющего значительно снизить энерго- и трудозатраты по сравнению с существующими технологиями. 3. Изготовлена опытная партия композиционного сплава Al-TiC и получены результаты исследования его механических свойств. Практическая значимость работы подтверждена актами внедрения. Практические результаты могут быть использованы в различных отраслях машиностроения для создания новых сплавов, обладающих высокими показателями прочности, износостойкости и т.д. На защиту выносятся следующие положения: 1. Результаты исследования процесса СВС в расплаве алюминия, описывающие закономерности образования целевых фаз. 2. Феноменологическая химическая модель стадийности взаимодействия флюсов криолит (Na3AlF6) и NOCOLOK™ (K1-3AlF4-6) с оксидами компонентов шихты. 3. Метод получения композиционного сплава Al-TiC с применением метода СВС в расплаве. 4. Технология получения композиционного сплава Al-TiC. Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается использованием современных апробированных и известных методов исследования процесса СВС, контролируемостью условий проведения эксперимента, воспроизводимостью результатов, проверкой их независимыми методами исследования и сравнением с литературными данными. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на конференциях: Международная молодежная конференция «XXVIII и XXХII Гагаринские чтения» (Москва, 2002 г., 2006 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Высокие технологии в машиностроении» с международным участием (Самара, 2002 г., 2005 г.); Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2002 г.); Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2005 г.); Международная научно-техническая конференция «Новые порошковые и композиционные материалы, технологии, свойства» (Пермь, 2006 г.); Всероссийская научно-техническая Интернет-конференция с международным участием (Самара, 2006 г.). Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых журналов ВАК РФ. Личный вклад автора. Автором самостоятельно выполнены следующие работы: 1. Термодинамические расчеты исследуемых систем. 2. Экспериментальные исследования СВС-процесса: выбор оптимального состава исходной шихты, проведение плавок, обработка экспериментальных данных. 3.Исследование характера изменения структуры анализируемых алюминиевых сплавов в зависимости от параметров процесса; металлографический анализ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников из 104 наименований, 6 приложений. Диссертация изложена на 174 страницах и содержит 68 рисунков и 41 таблицу. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Реферат по курсу материаловедение на тему «Свойства алюминия и его сплавов» С. Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от -269 С до точки плавления (660 С). Алюминий не... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: познакомиться с физическими и химическими свойствами и применением алюминия |
| Способ получения мембран на основе оксида алюминия Способ получения мембран на основе оксида алюминия осуществляют следующим образом. Подготовленный образец алюминия подвергают первичному... |  | Удк 669. 017 Синтез ювелирных сплавов на основе палладия усков Д.... Вопросы к зачету по дисциплине «Методология и организация научных исследований» для магистратуры 2011\12 уч г |
| Урок усвоения новых знаний Цель урока: изучить строение атома алюминия; свойства простого вещества и соединений алюминия, его получение и применение | | Программа междисциплинарного курса «Синтез порошковых наноматериалов» Выполнение анализов повышенной сложности с применением программно-аппаратных комплексов |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Гидроксид алюминия Al(OH)3 образуется в виде студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия | | Республика Башкортостан, Стерлитамакский район Муниципальное бюджетное... Цель урока: изучить строение атома алюминия; свойства простого вещества и соединений алюминия, его получение и применение |
| Конспект урока по теме: Электрический ток. Источники тока Цель урока: изучить строение атома алюминия; свойства простого вещества и соединений алюминия, его получение и применение | | Конспект урока внеклассного чтения в 8 классе Тема: «Береги честь смолоду» Цель урока: изучить строение атома алюминия; свойства простого вещества и соединений алюминия, его получение и применение |
| Темы рефератов и задача для семестрового задания по ткм для группы Стсз-389 Опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до16000С применением правила фаз для сплавов содержащего... | | Конспект урока по теме «Алюминий» фио полякова Галина Андреевна Место работы мбоу гимназия №2 Цель урока: изучить строение атома алюминия; свойства простого вещества и соединений алюминия, его получение и применение |
| Реферат Тема: Технология плавки и разливки магниевых сплавов Среди литейщиков, занятых изготовлением отливок из магниевых сплавов, установилась следующая терминология, относящаяся к характеристике... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: познакомить учащихся с общей характеристикой алюминия и его соединений; повторить физические и химические свойства алюминия,... |
| Основные сведения из теории сплавов. Диаграммы состояния металлов... Строение и свойства металлов (стр. 45, 49, 50 В. А. Стуканов, стр. 16, 19, 20, 24 В. М. Никифоров) | | Государственное Образовательное Учреждение Гимназия №1505 реферат Целью моего исследования является расширение своих познаний в области физики, материаловедения. Также я предполагаю расширить знания... |
