Биба Є.Г., Кравченко О.ИІ., Гущик Д.О., Юркова О.І.

(Національний технічний університет України «КПІ»)

E-mail: geka9@ukr.net; gara346@ya.ru

Високоміцні наноквазікристалічні Al-Fe-Cr сплави, що володіють високою структурною стабільністю, є найбільш перспективними для практичного застосування при підвищених температурах експлуатації в авіації та на транспорті. Це композиційні сплави, в яких нанорозмірні частинки ікосаедричної квазікристалічної фази (i-фаза) розподілені в a-Al матриці, завдяки чому в них забезпечується необхідна для інженерної практиці комбінація високої міцності с достатньою пластичністю.

Порошки композиційних Al-Fe-Cr сплавів отримують методом розпилення розплаву в умовах надвисоких швидкостей охолодження (10⁵-10⁶ K/с), необхідних для отримання квазікристалічної фази. Тому для отримання об’ємних матеріалів дуже важливий процес подальшої консолідації порошку з повним збереженням  вмісту квазікристалів в сплаві з метою підвищення термостабільності структури та властивостей для максимального збільшення робочої температури.

Для консолідації квазікристалічних Al‑Fe‑Cr порошків до цього часу переважно використовується метод гарячої екструзії. Як альтернативний метод консолідації, в роботі запропоновано застосування методу холодного газодинамічного напилення (ХГН) [1] цих порошків у вигляді покриттів на відміну від методів газотермічного напилення (плазмове та детонаційне напилення) [2].

Метою роботи є дослідження особливостей структури наноквазікристалічного Al‑Fe‑Cr сплаву, отриманого методом ХГН, у порівнянні зі сплавом, консолідованим гарячою екструзією. Для експерименту використовували вихідний порошок Al₉₄Fe₃Cr₃ сплаву, отриманий методом водяного розпилення. ХГН проводили при температурі повітряної суміші 473 K, тоді як гарячу екструзію здійснювали при температурі 653 K в герметичної капсулі за один прохід з коефіцієнтом витягування k_e = 7,2 [1]. Перед екструзією капсулу з розташованим в неї порошком дегазували при температурі 623 K на протязі 1 години.

Особливості структури Al₉₄Fe₃Cr₃ сплаву, консолідованого як методом ХГН, так і екструзією, досліджували в поперечному перерізі зразків. Експериментально показано, що основною перевагою методу ХГН є те, що частка квазікристалічної i-фази, яка знаходилася у вихідному порошку, повністю зберігається в матеріалі після ХГН, тоді як після екструзії вміст і-фази зменшується приблизно на 23%.

З використанням техніки індентування були проведені випробування сплавів, отриманих методом ХГН та екструзією, а також визначено їх механічні характеристики (табл.). Властивості міцності (модуль пружності E, мікротвердість, HV, границя плинності s_0.2) Al₉₄Fe₃Cr₃ сплаву, консолідованого методом ХГН, перевищують характеристики сплаву після екструзії приблизно на 29 %; характеристика пластичності δ_H (δ_A) приблизно відповідає критичної величині δ_H @ 0,9 що приведена в літературі як критерій для пластичного поведінки матеріалів при традиційних випробуваннях на розтягнення та стискання.

Таблиця – Механічні характеристики  Al₉₄Fe₃Cr₃ сплаву

1. А.P. Alhimov, V.F. Kosarev, and A.V. Plohov. Scientific basis for technology of cold spray process and properties of sprayed materials. – Novosibirsk: NGTU, 2006. – 280 p.

2. J.R. Davis. Handbook of Thermal Spray Technology. – OH.: Materials Park, 2004. – 338 p.