На сьогоднішній день розробка нових матеріалів стає все більш актуальною у звʼязку зі зростаючими до них вимогами за сучасних умов розвитку технологій та промисловості. Одними з перспективних матеріалів є шаруваті титан-алюмінієві композити, які поєднують міцність і корозійну стійкість титану та легкість і теплопровідність алюмінію, що дозволяє застосовувати їх в авіаційній, автомобільній, оборонній та інших технічно складних галузях [1–2].

Існує значна кількість технологій виготовлення шаруватих металевих композитів, серед яких практичний інтерес представляє просочення титанових пластин розплавом алюмінієвого сплаву [3–4], проте властивості одержаного матеріалу значною мірою залежатимуть від технологічних параметрів процесу. Тому метою даної роботи є дослідження впливу технологічних параметрів виготовлення, а саме температури просочення та часу витримування, на мікроструктуру отриманого шаруватого титан-алюмінієвого композиту системи ВТ1-0/АК12.

Як вихідні матеріали використовували пластини титану марки ВТ1-0 товщиною 1 мм та силумін марки АК12. Внутрішню поверхню титанових пластин покривали флюсом евтектичного складу KF-AlF₃, збирали їх у пакети з шириною зазору 1 мм, просочували та витримували у розплаві алюмінієвого сплаву температурою 680, 720 та 760 °С протягом 1, 5 та 10 хв. Мікроструктуру виготовленого композиту вивчали на скануючому електронному мікроскопі РЕМ-106И.

Встановлено, що за мінімально досліджуваних температури (680 °C) та часу (1 хв) титановий пакет успішно просочується розплавом (рис. 1, а), але спостерігаються несуцільності алюмінію біля перехідного шару. Зі збільшенням часу витримування до 10 хв відбувається незначне збільшення товщини утвореного перехідного шару – від 2,65±0,67 мкм до 3,46±1,11 мкм відповідно (рис. 1, а–в), яке знаходиться у межах похибки. Зразки, отримані за витримування протягом 5 та 10 хв є щільними, а несуцільності алюмінію біля перехідного шару не спостерігаються.

Зі збільшенням температури витримування до 720 °C не відбувається значної зміни товщини перехідного шару (рис. 1, г–ж), а у зразках отриманих за 1 хв витримування також спостерігаються несуцільності алюмінію біля перехідного шару.

За збільшення температури розплаву до 760 °C спостерігається аналогічний характер товщини утвореного перехідного шару (рис. 1, и–к), однак всі досліджені зразки є щільними, а несуцільності у алюмінії біля перехідного шару відсутні.

Оскільки пружні властивості та механічна міцність шаруватих матеріалів підпорядковуються правилу сумішей [5], для отриманого композиту з товщиною алюмінієвого шару 0,5, 1 та 1,5 мм було розраховано міцність на розтяг σ_В, яка складає 370,4, 332,2 та 307,6 МПа відповідно.

Рис. 1. Мікроструктура отриманого шаруватого композиту системи ВТ1-0/АК12 після просочення та витримування у розплаві за температур 680 °C (а–в), 720 °C (г–ж) і 760 °C (и–к) протягом 1 (а, г, и), 5 (б, д, й) і 10 хв (в, ж, к)

Встановлено, що збільшення температури просочення та часу витримування значним чином не впливає на товщину перехідного шару, який утворився у шаруватому титан-алюмінієвому композиційному матеріалі системи ВТ1-0/АК12. Проте збільшення досліджуваних технологічних параметрів, позитивно впливає на щільність алюмінієвого шару біля перехідної зони. Розраховані теоретичні значення міцності на розтяг σ_В для отриманого композиту з алюмінієвим шаром товщиною 0,5, 1 та 1,5 мм дозволяють зробити висновок про перспективність даного матеріалу.

Література

1. Luo J.-G., Acoff, V. L. Using cold roll bonding and annealing to process Ti/Al multi-layered composites from elemental foils // Materials Science and Engineering A. – 2004. – Vol. 379, № 1-2. – P. 164–172. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.01.021

2. Qin L., Fan M., Guo X., Tao J. Plastic deformation behaviors of Ti-Al laminated composite fabricated by vacuum hot-pressing // Vacuum. – 2018. – Vol. 155. –  P. 96–107. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.05.021

3. Smirnova Y., Huriia I., Loboda P. Liquid phase fabrication technology of layered Ti/Al composite // U.P.B. Scientific bulletin, Series B: Chemistry and Materials Science. – 2021. – Vol. 83, № 4. – P. 273–282.

4. Смірнова Я. О., Гурія І. М. Мікроструктура та механічні властивості шаруватого литого композиту ВТ-6/Al // Метал і лиття України. – 2022. – Т. 30, № 1. – С. 84–90. https://doi.org/10.15407/steelcast2022.01.084

5. Sripathy A. P., Gupta M. Insight Into Layered Metal Matrix Composites // Encyclopedia of Materials: Composites. – 2021. – Vol. 1. – P. 121–139. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819724-0.00021-5