КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к металловедению в области композиционных материалов на основе алюминиевых и магниевых сплавов, упрочненных высокомодульными нановолокнами, предназначенных для широкого использования в различных областях техники в качестве конструкционных материалов, которые должны обладать повышенными прочностными свойствами, а также уменьшенной массой. К таким областям техники относятся: судостроение, создание конструкций и оборудования авиакосмических средств, железнодорожного и других видов транспорта.
Известен композиционный материал, который содержит матрицу из алюминиевого или магниевого сплава, армированного нановолокном, содержащим более 80% оксида алюминия (глинозема), остальное - диоксид кремния, причем (5-60)% глинозема составляет α-фаза, остальное - γ-фаза (заявка Японии №61-50131, кл. G22G 1/10, 1986).
Недостатком известного композиционного материала является то, что γ-фаза глинозема, вследствие малой термодинамической стабильности, в значительной мере взаимодействует с основой, в результате реакции происходит разрушение глинозема, снижение прочности межфазных границ, что приводит к снижению прочности получаемого композиционного материала.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал, включающий матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы и упрочнитель, выполненный в виде нановолокон карбида кремния с (0,01-40) вес.% свободного углерода при следующем соотношении, об.%: нановолокна карбида кремния - 20-80; металл, выбранный из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы - остальное.
Такой композиционный материал может содержать в качестве матрицы сплав на основе алюминия, включающий по крайней мере один компонент, выбранный из группы, содержащей титан, хром, кремний, марганец и кальций, или сплав на основе магния, включающий по крайней мере один компонент, выбранный из группы: алюминий, марганец, цирконий, кальций, кремний, иттрий (патент СССР № 643088, кл. C22C 1/09, 21/00, 23/00, опубл. 15.01.79. - прототип).
Недостатками известного композиционного материала являются недостаточно высокие прочностные свойства, а также величина его массы, что видно из приведенных ниже примеров.
Технической задачей изобретения является создание композиционного материала с использованием нановолокон, обладающего высоким уровнем прочностных свойств, а также пониженной массой.
Поставленная техническая задача решается при создании композиционного материала, включающего матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы и упрочнитель, выполненный в виде армирующих нановолокон, в котором, согласно изобретению, он содержит армирующие нановолокна оксида алюминия, покрытие пленкой аморфного углерода и составляющие (20-80) об.% композиционного материала.
Такой композиционный материал в качестве алюминиевого сплава матрицы может содержать сплав с содержанием литии более 1,5 мас.%.
Такой композиционный материал в качестве магниевого сплава матрицы может содержать сплав МА 2-1.
Поперечный размер армирующих волокон такого композиционного материала может составлять менее 10 мкм.
В таком композиционном материале пленка аморфного углерода, которой покрыты армирующие нановолокна оксида алюминия, может составлять до 40 мас.% нановолокон.
Армирующие нановолокна, покрытые пленкой аморфного углерода, имеют следующие характеристики, в зависимости от поперечного размера нановолокна:
предел прочности, МПа
700-550
модуль упругости, МПа
95-120
плотность, кг/м<sup>3</sup>
2260-3000
Покрытие пленкой аморфного углерода армирующих нановолокон оксида алюминия способствует повышению смачиваемости в системе матрица - нановолокно в результате реакции углерода с металлом матрицы, что приводит к значительному увеличению сил связи на поверхности раздела - матрица - нановолокно. Это обеспечивает повышение прочности композиционного материала.
Для подтверждения достижения технической задачи изобретение иллюстрируется примерами.
Таким образом, предложенный композиционный материал имеет более высокий предел прочности на растяжение, а также более низкую массу, что позволяет широко использовать такой материал для изготовления конструкций в различных областях техники.