Investigation of physical-mechanical properties and structure of layered cermet Al‒Al 2 O 3 ‒Al 4 C 3

D. A. Ivanov

doi:10.17073/1683-4518-2020-7-45-50

Investigation of physical-mechanical properties and structure of layered cermet Al‒Al₂O₃‒Al₄C₃

D. A. Ivanov

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-7-45-50

Full Text:

Abstract

Al‒Al₂O₃‒Al₄C₃ cermet with a layered structure was obtained by liquid-phase sintering in vacuum of powder blanks made of highly dispersed aluminum powder of the industrial brand PAP-2, consisting of flake particles of submicron thickness. The appearance of the liquid phase is associated with the formation of a eutectic melt Al/Al₄C₃ at a temperature of 630 °C as a result of the interaction of aluminum with it carbide. When the eutectic melt is cooled, Al₄C₃ lamellar nanoscale crystals are extracted from it, which perform the function of a dispersed hardener in an aluminum matrix. The formation of an aluminum oxide phase (δ-Al₂O₃), which increases the hardness of cermet, is achieved due to the interaction of aluminum with residual oxygen molecules in the air during sintering at a rarefaction in the furnace 10^‒5 mm Hg. The main properties of the resulting cermet: density 2,56‒2,65 g/cm³, bending strength 300‒500 MPa, crack resistance 9‒15 MPa·m^1/2. For a material of the composition Al 80 %, Al₄C₃ 14 %, δ-Al₂O₃ 6 % high strength is achieved (200 MPa) at a temperature of 500 °C.

Keywords

layered cermet, liquid-phase sintering, dispersion hardening, nanoscale Al₄C₃ crystals, aluminum oxide phase δ-Al₂O₃,

About the Author

D. A. Ivanov

ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
Russian Federation

References

1. Иванов, Д. А. Композиционные материалы / Д. А. Иванов, А. И. Ситников, С. Д. Шляпин. ― М. : Юрайт, 2019. ― 253 с.

2. Шарма, П. Микроструктура и свойства гибридных композитов АА6082 / (SiC+графит) / П. Шарма, В. Дарба, С. Шарма [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 9. ― С. 40‒46.

3. Луц, А. Р. Алюминиевые композиционные сплавы – сплавы будущего / А. Р. Луц, И. А. Галочкина. ― Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2013. ― 82 с.

4. Dinesh, K. Properties and characterization of Al‒Al2O3 composites processed by casting and powder metallurgy routes (review) / K. Dinesh, A. Geeta, P. Rajesh // Intern. Jour. of latest trends in engineering and technology. ― 2013. ― Vol. 2, № 4. ― Р. 486‒496.

5. Кузмич, Ю. В. Механическое легирование / Ю. В. Кузмич, И. Г. Колесникова, В. И. Серба, Б. М. Фрейдин. ― Апатиты : изд-во Кольского научного центра РАН, 2004. ― 179 с.

6. Косников, Г. А. Литейные наноструктурные композиционные алюмоматричные сплавы / Г. А. Косников, В. А. Баранов, С. Ю. Петрович, А. В. Калмыков // Литейное производство. ― 2012. ― № 2. ‒ С. 4‒9.

7. Mazahery, A. Development of high-performance A356/ nano-Al2O3 composites / A. Mazahery, H. Abdizaden, H. R. Baharvandi // Mater. Sci. Eng. ― 2009. ― A 518. ― P. 61‒64.

8. Иванов, Д. А. Особенности структуры керамических композиционных материалов, полученных методом направленной реакционной пропитки / Д. А. Иванов, И. В. Литвинцева, Г. Е. Вальяно, Л. В. Фатеева // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2000. ― № 8. ― C. 14‒20.

9. Kandalova, E. G. In situ synthesis of Al/TiC in aluminum melt / E. G. Kandalova, L. Peijie, V. I. Nikitin // Mater. Lett. ― 2003. ― № 1. ― Р. 1434‒1436.

10. Луц, А. Р. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов / А. Р. Луц, А. Г. Макаренко. ― Самара : СамГТУ, 2008. ― 175 с.

11. Ivanov, D. A. Investigation of the formation of a finecrystalline alumina coating on the surface of a blank aluminum powder coating test panel as a result of its filtration combustion / D. A. Ivanov, A. I. Sitnikov, G. E. Val´yano, S. D. Shlyapin // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 59, № 1. ― P. 42‒47.

12. Иванов, Д. А. Изучение процесса формирования мелкокристаллического алюмооксидного покрытия на поверхности алюминиевой порошковой заготовки в результате ее фильтрационного горения / Д. А. Иванов, А. И. Ситников, Г. Е. Вальяно, С. Д. Шляпин // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 1. ― С. 43‒48.

13. Vasin, A. A. Stady of cermet synthesis from powders prepared by chemical dispersion of Al‒Mg (20 wt. %) ‒ alloy / A. A. Vasin, V. P. Tarasovskii, A. Yu. Omarov, V. V. Rybalchenko // Refract. Ind. Ceram. ― 2015. ― Vol. 56, № 3. ― P. 310‒314.

14. Васин, А. А. Исследование процесса синтеза керметов из порошков, полученных химическим диспергированием Al‒Mg (20 мас. %) ― сплава / А. А. Васин, В. П. Тарасовский, А. Ю. Омаров, В. В. Рыбалченко // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 6. ― С. 62‒65.

15. Ivanov, D. A. Preparation of porous ceramic based on Al2O3 as a result of zonal compaction during sintering of powder workpieces of very fine aluminum powder PAP-2 combustion products / D. A. Ivanov, A. I. Sitnikov, G. E. Val´yano, T. I. Borodina, S. D. Shlyapin // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 59, № 5. ― P. 459‒465.

16. Иванов, Д. А. Получение пористой керамики на основе Al2O3 в результате зонального уплотнения при спекании порошковых заготовок из высокодисперсных продуктов сгорания алюминиевого порошка ПАП-2 / Д. А. Иванов, А. И. Ситников, Г. Е. Вальяно, Т. И. Бородина, С. Д. Шляпин // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 9. ― С. 28‒34.

17. Ivanov, D. A. Structure and physicomechanical properties of porous ceramic based on Al2O3 prepared using a filtration combustion method / D. A. Ivanov, S. D. Shlyapin, G. E. Val´yano, L. V. Fedorova // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 58, № 5. ― P. 538‒541.

18. Иванов, Д. А. Структура и физико-механические свойства пористой керамики на основе Al2O3, полученной с использованием метода фильтрационного горения / Д. А. Иванов, С. Д. Шляпин, Г. Е. Вальяно, Л. В. Федорова // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 9. ― С. 40‒43.

19. Степин, П. А. Сопротивление материалов / П. А. Степин. ― М. : Интеграл-Пресс, 1997. ― 320 с.

20. Мондольфо, Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л. Ф. Мондольфо. ― М. : Металлургия, 1979. ― 640 с.

Supplementary files

For citation: Ivanov D.A. Investigation of physical-mechanical properties and structure of layered cermet Al‒Al₂O₃‒Al₄C₃. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2020;(7):45-50. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-7-45-50

Refbacks

There are currently no refbacks.

ISSN 1683-4518 (Print)

Username
Password

NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES)

Investigation of physical-mechanical properties and structure of layered cermet Al‒Al2O3‒Al4C3