доктор философии,
40700, Ариэль
Ph.D.,
40700, Ariel
д.т.н., профессор, ректор,
40700, Ариэль
Dr. Sci. (Physical Chemistry), Professor, Rector,
40700, Ariel
академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник,
119991, Москва, Ленинский пр., 32а;
119334, Москва, Ленинский пр., 49;
119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher,
Department of Chemistry and Material Sciences, 119991, Moscow, Leninskii prosp., 32a;
119334, Moscow, Leninskii prosp., 49;
119049, Moscow, Leninskii prosp., 4
В последние годы улучшение механических свойств и характеристик металлов является одной из основных проблем в материаловедении и, особенно, в металлургическом производстве. Как правило, процесс легирования традиционно используется для улучшения свойств и характеристик металлов. В последнее время для производства композитных материалов с улучшенными свойствами применяется нанотехнологический подход. Однако данная работа описывает другой метод, в котором различные наночастицы используются в качестве модификаторов в процессе литья металла. Влияние этих наноматериалов исследовано на гипоэвтектическом литейном алюминиевом сплаве и чистой меди. Испытания на прочность и на растяжение показали, что пластичность алюминия улучшилась, а прочность осталась неизменной. В частности, добавление до 0,1 % (по массе) керамических наночастиц увеличивает удлинение металлов при разрушении на 20 – 60 %. Механизм упрочнения, предложенный для этого процесса, был оценен путем применения электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью (HR-TEM). Исследования HR-TEM, вместе с результатами испытаний механических свойств, привели к гипотезе о том, что в этом процессе работает механизм упрочнения зерна. В этом механизме упрочнение металла происходит из-за высокой концентрации границ зерен, которые блокируют движение дислокаций. Результаты, полученные при модификации меди, показали улучшение прочности металла одновременно с пластичностью. Такое поведение было получено после добавления многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) и наночастиц TiN до 0,1 % (по массе). Дальнейшее применение описанного подхода может привести к его внедрению в литейную промышленность, превратив ее в экономически выгодную.
In last years, improvement of metals mechanical properties and performance comes to be one of the main challenges in materials science and particularly in metallurgical manufacturing. Generally, an alloying process is traditionally applied to reach metals enhanced properties and performance. Recently, nanotechnology approach is also applied, usually to produce composite materials with improved performance. This work, however, describes a different technique, where different nanoparticles areused as modifiers in metal casting process. The influence of these nanomaterials was investigated on a hypoeutectic casting aluminum alloy and on pure copper. Microstructural evaluation of modified Al alloy illustrated that a coarse Al grains were refined. Tensile strength tests revealed that Al ductility improved while the strength remained unchanged. Particularly, results pointed that addition of up to 0.1 wt. % of ceramic nanoparticles enhanced metals elongation at fracture by 20 – 60 %, depending on the mold location. Strengthening mechanism, which took place in the process, was evaluated by applying a high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) studies. HR-TEM investigations, jointly with mechanical properties test results, led to hypothesis that a grain-size strengthening mechanism works in the process. In this mechanism metal strengthening occurs due to a high concentration of grain boundaries which are serving as dislocation movement blockers. Results obtained on copper modification showed the improvement of metal strength simultaneously with its elongation at fracture. This behavior was obtained after addition of multi walled carbon nanotubes (MWCNT) and TiN nanoparticles up to 0.1 wt. %. Further application of the described approach can lead to its implementation into foundry industry turning it to more economically beneficial.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.