Тенденції розвитку сучасного машино-, авто-, авіа- і кораблебудування свідчать про стійке зростання попиту на легкосплавні елементи конструкцій для зниження ваги вузлів і механізмів, і зниження енерговитрат палива. Поява нових алюмінієвих сплавів і матеріалів на їх основі, гостро ставить питання забезпечення їх надійного з'єднання в конструкції. При цьому, класичні зварювальні присаджувальні сплави на основі систем легування Al-Mg та Al-Si вже не забезпечують необхідний рівень механічних властивостей. Поряд з використанням новітніх високоміцних алюмінієвих сплавів, росте кількість композиційних матеріалів, що складаються з матриці алюмінієвого сплаву і наповнювача. Такий підхід дозволяє істотно підвищити експлуатаційні характеристики зварного з'єднання в порівнянні з монометалічним зварним швом. Основна проблема зварювання нових багатокомпонентних алюмінієвих сплавів це недостатній рівень властивостей зварного шва, а також вигорання легуючих елементів під час зварювання. З іншого боку, зварне з'єднання композиційних матеріалів з використанням стандартних зварювальних алюмінієвих дротів має рівень механічних властивостей нижче композиційного матеріалу, що виготовлено на основі алюмінієвих сплавів, зміцнених композиційною складовою. Шляхом термодинамічного розрахунку, проаналізована ймовірність та встановлені параметри контактної взаємодії нанорозмірних частинок (WC, TiC, TiB₂) з розплавами присаджувального матеріалу для зварювання алюмінієвих сплавів. На основі встановлених закономірностей міжфазної взаємодії в розглянутих системах «сплав алюмінію - дисперсні частинки», можна сформулювати рекомендації щодо вибору комбінацій матричного сплаву алюмінію і зміцнюючої-модифікуючої добавки у вигляді тугоплавких частинок з урахуванням ймовірної їх взаємодії і модифікуючого ефекту на мікроструктуру металу зварного шва. Встановлено, що зварювальні алюмінієві системи Al-Si (типу АК), що містять 5 і більше мас. % кремнію в своєму складі є перспективними матеріалами для зміцнення високодисперсними частинками карбіду вольфраму WC, які модифікують фазу кремнію в мікроструктурі сплаву. Присутність кремнію в кількості до 1мас.% в системі Al-TiC практично не впливає на взаємодію частинок карбіду титану розплавом алюмінію. Збільшення концентрації вмісту кремнію призводить до утворення силіцидів титану (TiSi, TiSi₂) з рідкої фази, подальше підвищення вмісту кремнію тільки посилює взаємодію в даній системі, яка може нести загрозу взаємодії і деградації нанороазмірних частинок карбіду титану при їх використанні в якості модифікуючої добавки для зварювальних присаджувальних матеріалів, що містять в своєму складі більшу 5% кремнію. Тому в якості модифікаторів ультрадисперсні частинки карбіду титану прогнозовано будуть дієвіші для сплавів системи Al-Mg (типу АМг), де їх взаємодія з розплавом менш імовірна, а продукти реакції не знижують модифікучого ефекту. Модифікуючу добавку диборида титану в присаджувальні матеріали на основі алюмінієвих сплавів можна вважати термодинамічно стабільною, але при цьому такий модифікуючий ефект якої не значний щодо інших вивчених в даній роботі добавок.

Ця робота виконана в рамках проекту, що виконується в рамках двостороннього договору про науково-технічне співробітництво між Урядом України та Урядом Китайської Народної Республіки та технічного проекту провінції Гуандун (20180508)

Acknowledgement

This work was supported by the project of Inter-Governmental S&T Cooperation (CU03-08) ,and the technical project of Guangdong (20180508).