Модифицирование сплавов нанопорошками химических соединений

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Рис. 2. Зависимость параметра а от длины образца Рис. 3. Зависимость параметра в от длины образца

В ходе исследования ИК спектров пограничного полимера [2] было показано, что спектральная линия 1733 см-1, характеризует сложноэфирные связи сетчатой структуры эпоксидного полимера. Спектральная линия 1710 см-1 характеризует валентное колебание С=О в составе карбоксильной группы. Карбоксильные группы в структуре эпоксидного полимера являются функциональными группами отвердителя и характеризуют разрывы сетчатой структуры.

Интенсивность линии ИК поглощения 1510 см-1 пропорциональна количеству ароматических колец, входящих в состав ЭД-22. Данная линия является стабильной в процессе полимеризации.

Каждый спектр был обработан методом разделения контуров, в программе РеакРМ.12 (использовался контур Гаусса). В программе задавалось количество пиков и соответствующая ширина большего контура.

Введены параметры а и р, характеризующие сетчатую структуру:

а = -

117

11710 + 11733

Р = /1733

где а - характеризует эффективность участия отвердителя в образовании сетчатой структуры, р - характеризует число сшивок по отношению к содержанию ЭД-22. В полимере, полученном на установке [2] было измерено распределение а и р по длине образца.

Для характеристики структуры эпоксидного полимера важны оба параметра. По мере улучшения структуры возрастают величины а и р.

В выращенном полимере, параметры а и р постоянны в центральной части образца (рис. 2, 3). Следовательно, в данной области наблюдается однородная структура с небольшим количеством разрывов. Значительные неоднородности сетчатой структуры наблюдаются только в начальной и конечной областях образца эпоксидного полимера.

Библиографические ссылки

1. Пат. 2444529 Российская Федерация, МПК С08Е2/01. Устройство для направленной полимеризации /Шестаков Н. П., Иваненко А. А., Шабанов В. Ф., Наумкин Н. С., Бурова О. В., Шестаков А. Б. № 2010129139/04; 13.07.2010; утв. 10.03.2012, Бюл. № 7.

2. Рябов Д. Д., Наумкин Н. С., Шестаков А. Б., Иваненко А. А. // Исследование эпоксидного полимера, полученного в результате полимеризации на границе раздела эпоксидная смола - отвердитель. Материалы 50-й юбилейной Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс», Химия. Новосибирск 2012. С. 63.

© Пшеничная А. А., Наумкин Н. С., Шестаков А. Б., Иваненко А. А., 2012

УДК 669.14.018.28

М. В. Резанова Научный руководитель - С. Н. Решетникова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МОДИФИЦИРОВАНИЕ СПЛАВОВ НАНОПОРОШКАМИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Модифицирования сплавов производится с целью измельчение структуры литых изделий, в результате чего повышаются их механические свойства.

Физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики металлоизделий зависят не только от химического состава сплавов, из которых их изготавливают, но и от степени измельчения структурных составляющих. Известно, что чем мельче

структура, тем выше механические свойства металлоизделий. Одним из наиболее широко распространенных способов измельчения структурных составляющих металлических композиций является модифицирование.

Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

Модифицирование любых металлов и сплавов представляет собой глубинный процесс активного воздействия на структуру металлической жидкости как значительно выше температуры ликвидус, так и особенно в предкристаллизационный период путем введения малых добавок различных веществ, которые служат либо центрами кристаллизации (иногда их называют инокуляторами (от лат. тосШайо — прививка), либо блокируют рост формирующихся на зародышах кристаллических образованиях; в ряде случаев в результате введения добавок имеют место оба процесса в такой последовательности: зарождение центров кристаллизации ^ блокирование роста кристаллов. Цель модифицирования - формирование в литых изделиях мелкокристаллической однородной по всему сечению структуры, и, как результат, высокого уровня механических свойств.

В настоящее время при производстве литых изделий применяются сотни модификаторов либо в виде солей, либо в виде лигатур. При этом следует отметить, что в этой технологии в последние годы отмечается прорыв, связанный с возможностью применения в качестве модификаторов нанопорошков (НП) тугоплавких химических соединений [1], которые представляют собой сверхмелкозернистые кристаллические или аморфные образования с размерами, не превышающими 100 нм (1 нм = 10-9 м). Они обладают уникальными физико-химическими свойствами и механическими характеристиками, существенно отличающимися от таковых для материалов того же химического состава в массивном состоянии, и эти свойства могут в определенной степени передаваться получаемым из них или с их участием изделиям.

По вопросу модифицирования существует достаточно обширная литература [2-5]. При этом установлено, что эффективность модификаторов усиливается с уменьшением размеров вводимых в расплав частиц, что и подтвердилось в проведенных исследованиях. В работе были использованы следующие НП - А1Ч; АЬОз; В4С; ВЧ; С^С^Ч^; Н2; НШ; ЬаВб; БЮ; Б13Ч4; ТаЧ; ТЮЧ; ТЮЧЮ; ТШ; ТЮ2; УСЧ; ггВ2. НП вводили в расплав в объеме прутка [6].

В результате введения НП в металлические расплавы происходит расплавление алюминиевой основы прутка, и оказавшиеся в жидком металле частицы НП служат центрами кристаллизации, что приводит к измельчению структуры литых изделий, и, как результат, к повышению их физико-механических характеристик по сравнению с общепринятыми методами обработки расплавов.

При введении НП в жидкий металл при литье полунепрерывным способом крупногабаритных слитков из алюминия и алюминиевых деформируемых сплавов Д1, Д16 и АМг6 повышаются временное сопротивление отпрессованных из них профилей ств - до 5,0 %, предел текучести ст02 - до 9,0 %, относительное удлинение 5 - в 11,8-31,0 раз.

В результате введения НП в алюминиевые литейные сплавы АК7, АК7ч, АК9ч, АК12, АМ5 повышаются механические свойства фасонных отливок: ств - на 2,5-19,3 %, твердость - на 15,20 %, 5 - в 1,57,3 раз.

В результате введения МАК: в чугун СЧ15 ств повышается на 19,5 %; в чугун ИСЦ - рост твердости на 9,8 % и уменьшение износа на 32,5 %; в чугун ИЧХ-12М - рост твердости на 8,13 % и увеличение ресурса эксплуатации (дробеметных лопаток) на 15-20 %.

В результате измельчения структуры при модифицировании сплавов нанопорошками происходит повышение прочности поверхности, причем даже в большей степени, чем по объему. Тем не менее, технологиям повышения качества поверхности металлоизделий уделяется большое внимание в связи с тем, что в процессе эксплуатации именно они испытывают максимальные нагрузки.

Для упрочнения поверхности используется достаточно широкий диапазон технологий. Однако практически все они связаны с применением сложного дорогостоящего оборудования, а также с необходимостью применения последующих операций по доведению качества поверхности до требуемого уровня. Нами разработана достаточно простая технология упрочнения поверхности металлоизделий [7].

Применение нанотехнологий во многом не только исключает эти и другие недостатки упрочняющих технологий, но и обладают целым рядом преимуществ. Особый интерес к нанопорошкам связан с их применением при производстве металлоизделий, керамических, магнитных и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных батарей, фильтров, присадок к смазочным материалам, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др.

Описанные выше и другие свойства нанопорошков позволяют использовать их для повышения механических свойств, уменьшения износа и улучшения качества металлоизделий, получаемых из алюминиевых сплавов, стали и чугуна методами литья, обработки металлов давлением и сварки.

Библиографические ссылки

1. Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н. Применение и перспективы развития нанотехнологий // Вестник СибГАУ, 2007. Вып. 3. С. 103-106.

2. Модифицирование силуминов. Киев : АН УССР, 1970. 179 с.

3. Крещановский Н. С., Сидоренко М. Ф. Модифицирование стали. М. : Металлургия, 1970. 296 с.

4. Бондарев Б. И., Напалков В. И., Тарарышкин В. И. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. М. : Металлургия, 1979. 224 с.

5. Гольдштейн Я. Е., Мизин В. Г. Инокулирование железо-углеродистых сплавов. М. : Металлургия, 1993. 416 с.

6. Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н. Автоматизация введения в алюминиевые расплавы наномодифи-каторов при литье слитков полунепрерывным способом // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 2. С. 107-112.

7. Крушенко Г. Г. Решетникова С. Н. Нанотехно-логии упрочнения поверхности металлоизделий // Ре-шетневские чтения : материалы XII Междунар. на-учн. конф. СибГАУ. Красноярск, 2008. С. 213-214.

© Резанова М. В., 2012