Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия² ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия³

В. Б. Деев, профессор факультета машиностроения и автоматизации¹; главный научный сотрудник²; профессор кафедры обработка металлов давлением³, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: deev.vb@mail.ru

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия
Э. Х. Ри, руководитель Высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

Е. С. Прусов, доцент кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов, доцент, докт. техн. наук, эл. почта: eprusov@mail.ru
И. В. Шабалдин, лаборант-исследователь кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов, эл. почта: shabaldinivan@mail.ru

Экспериментально изучено влияние добавки натрия от 0,05 до 0,3 % (мас.) на изменение размеров и морфологическую модификацию первичных частиц армирующей фазы Mg₂Si при получении литых алюмоматричных композиционных материалов на основе псевдобинарной системы Al – Mg₂Si. Показано, что модифицирование композиционных расплавов 0,25 % (мас.) Na приводит к значительному уменьшению средних размеров кристаллов Mg₂Si и изменению морфологии с остроугольной на близкую к округлой при одновременном увеличении их общего количества и улучшении равномерности распределения по сечению слитка. На основании результатов сопоставительных трибологических испытаний в условиях сухого трения скольжения было установлено, что модифицирование натрием 0,25 % (мас.) приводит к уменьшению коэффициента трения в среднем с 0,45840 до 0,32308 для Al + 15 % (мас.) Mg₂Si и с 0,46153 до 0,33582 для Al + 25 % (мас.) Mg₂Si. При этом массовый износ образцов снижался с 0,0357 до 0,0077 г (15 % (мас.) Mg₂Si) и с 0,3731 до 0,0163 г (25 % (мас.) Mg₂Si). Образцы композитов с добавлением модификатора во всех случаях характеризовались меньшим разбросом значений коэффициента трения. Полученные результаты расширяют перспективы практического использования алюмоматричных композиционных материалов с эндогенными армирующими фазами кристаллизационного происхождения.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 20-19-00687-П, https://rscf.ru/project/23-19-45019/.

1. Raabe D., Mianroodi J. R., Neugebauer J. Accelerating the design of compositionally complex materials via physics-informed artificial intelligence. Nature Computational Science. 2023. Vol. 3. pp. 198–209.
2. Chak V., Chattopadhyay H., Dora T. L. A review on fabrication methods, reinforcements and mechanical properties of aluminum matrix composites. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 56. pp. 1059–1074.
3. Kumar D., Angra S., Singh S. Mechanical properties and wear behaviour of stir cast aluminum metal matrix composite: a review. International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. 2022. Vol. 35, Iss. 4. pp. 794–801.
4. Bhaskar S., Kumar M., Patnaik A. Mechanical and tribological overview of ceramic particulates reinforced aluminium alloy composites. Reviews on Advanced Materials Science. 2019. Vol. 58, Iss. 1. pp. 280–294.
5. Ibrahim M. F., Ammar H. R., Samuel A. M., Soliman M. S., Samuel F. H. Metallurgical parameters controlling matrix/B4C particulate interaction in aluminium-boron carbide metal matrix composites. International Journal of Cast Metals Research. 2013. Vol. 26, Iss. 6. pp. 364–373.
6. Shi R., Meier J. M., Luo A. A. Controlling particle/metal interactions in metal matrix composites during solidification: the role of melt viscosity and cooling rate. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2019. Vol. 50, Iss. 8. pp. 736–3747.
7. Liu X., Liu Y., Huang D., Han Q., Wang X. Tailoring in-situ TiB₂ particulates in aluminum matrix composites. Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 705. pp. 55–61.
8. Tyagi R. Synthesis and tribological characterization of in situ cast Al – TiC composites. Wear. 2005. Vol. 259, Iss. 1-6. pp. 569–576.
9. Pandee P., Sankanit P., Uthaisangsuk V. Structure-mechanical property relationships of in-situ A356/Al3Zr composites. Materials Science and Engineering: A. 2023. Vol. 866. pp. 144673.
10. Pramod S. L., Bakshi S. R., Murty B. S. Aluminum-based cast in situ composites: a review. Journal of Materials Engineering and Performance. 2015. Vol. 24. pp. 2185–2207.
11. Prusov E., Deev V., Rakhuba E. Aluminum matrix in-situ composites reinforced with Mg₂Si and Al₃Ti. Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 11, Part 1. pp. 386–391.
12. Bhandari R., Mallik M., Mondal M. K. Microstructure evolution and mechanical properties of in situ hypereutectic Al – Mg₂Si composites. AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2162. 020145.
13. Deev V. B., Prusov E. S., Ri E. Kh. Microstructural modification of In situ aluminum matrix composites via pulsed electromagnetic processing of crystallizing melt. Non-Ferrous Metals. 2023. No. 1. pp. 36–40.
14. Liu T., Li Y., Ren Y., Wang W. The microstructure and mechanical characterization of Al-30%Mg2Si composite with Y inoculation addition. Materials Research Express. 2018. Vol. 5, Iss. 7. pp. 076512.
15. Li C., Wu Y. Y., Li H., Liu X. F. Morphological evolution and growth mechanism of primary Mg2Si phase in Al – Mg₂Si alloys. Acta Materialia. 2011. Vol. 59, Iss. 3. pp. 1058–1067.
16. Ghandvar H., Idris M. H., Ahmad N., Emamy M. Effect of gadolinium addition on microstructural evolution and solidification characteristics of Al – 15%Mg2Si in-situ composite. Materials Characterization. 2018. Vol. 135. pp. 57–70.
17. Wu X., Zhang G., Wu F., Wang Z. Influence of neodymium addition on microstructure, tensile properties and fracture behavior of cast Al – Mg₂Si metal matrix composite. Journal of Rare Earths. 2013. Vol. 31, Iss. 3. pp. 307–312.
18. Si Y. Effect of Pr modification treatment on the microstructure and mechanical properties of cast Al – Mg₂Si metal matrix composite. Advanced Materials Research. 2014. Vol. 936. pp. 23–27.
19. Jin Y., Fang H., Chen R., Wang J. et al. Morphological modification of Mg₂Si phase and strengthening mechanism in Mg2Si/Al composites by Eu addition and T6 heat treatment. Journal of Materials Science and Technology. 2023. Vol. 159. pp. 151–162.
20. Prusov E., Shabaldin I., Deev V. Quantitative characterization of the microstructure of in situ aluminum matrix composites. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2131. 042040.
21. Li C., Wu Y., Li H., Wu Y., Liu X. Effect of Ni on eutectic structural evolution in hypereutectic Al–Mg2Si cast alloys. Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 528. pp. 573–577.
22. Zhang S. J., Han Q. Y., Liu Z. K. Thermodynamic modeling of the Al – Mg – Na system. Journal of Alloys and Compounds. 2006. Vol. 419. pp. 91–97.