Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия:

Н. Ю. Мирошкин, зав. лаб. кафедры «Машины и технология литейного производства», эл. почта: nikolays34rus@gmail.com
С. Н. Цурихин, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства», канд. техн. наук
Н. А. Кидалов, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства», докт. техн. наук

Волгоградский индустриальный техникум, Волгоград, Россия:
В. А. Гулевский, преподаватель, канд. техн. наук

Представлена жидкофазная технология получения каркасных металлонаполненных композиционных материалов углеграфит – алюминий без использования автоклавного оборудования на примере пропитки углеграфитовых материалов (АГ-1500 и SIGRI). Инфильтрацию алюминиевого сплава в открытые поры углеграфитового каркаса проводили под давлением расплава, реализуемого за счет разницы коэффициентов теплового расширения сплава и материала устройства для пропитки во время их совместного нагрева. В целях улучшения смачивания алюминиевым сплавом на исследуемые заготовки было нанесено медное покрытие электрохимическим способом, для этого использовали экспериментальную установку, позволяющую заполнить открытые поры углеграфитового каркаса раствором электролита с последующим нанесением электрохимического покрытия. В итоге медное покрытие было нанесено не только на поверхности каркаса, но и его открытых пор, заполненных раствором электролита. Подготовленные таким образом образцы инфильтрированы сплавом Al – 20 % Mg – 20 % Zn – 4 % Cu при температуре 800 oC. На углеграфитовых каркасах из обоих материалов без медного покрытия было получено низкое заполнение открытых пор и, как следствие, меньший массовый привес после инфильтрации — 1,9 % для АГ-1500 и 3,16 % для SIGRI (от исходной массы). А для образцов, предварительно покрытых медным электрохимическим покрытием, массовый привес после инфильтрации составил 16,9 и 21,62 % соответственно. Последнее указывает на эффективность применения электрохимического медного покрытия для повышения инфильтрации алюминиевого сплава в открытые поры углеграфитового каркаса. Приведено описание кинетики заполнения капилляра сплавом алюминия в условиях без пропитки, когда температура и давление повышаются одновременно. При проведении испытаний установлено, что прочность при сжатии композиционного материала на основе предварительно омедненного углеграфитового каркаса АГ-1500 увеличилась в 2,5 раза, а каркаса SIGRI — в 2,6 раз по сравнению с исходными материалами.

Исследование выполнено при финансовой поддержке ВолгГТУ в рамках научного проекта № 8/466-22.

1. Антипин Г. В., Банников М. Л., Домашнев А. Д. и др. Торцовые уплотнения аппаратов химических производств. — М. : Машиностроение, 1984. — 112 с.
2. Фиалков А. С. Процессы и аппараты производства порошковых углеграфитовых материалов. — М. : Аспект Пресс, 2008. — 686 с.
3. Нагорный В. Г., Котосонов А. С., Островский В. С. и др. Свойства конструкционных материалов на основе графита : справочник / под ред. В. П. Соседова. — М. : Металлургия, 1975. — 336 с.
4. Лившиц П. С. Справочник по щеткам электрических машин. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 216 с.
5. Evans A., SanMarchi C., Mortensen A. Metal matrix composites in industry: an introduction and a survey. — NY : Kluwer Academic Publishers, 2003. P. 423. DOI: 10.1007/978-1-4615-0405-4.
6. Ali M. M., Nived N. Composites materials for sustainable space industry: A review of recent developments // World Review of Science, Technology and Sustainable Development. 2021. No. 17. P. 172–196. DOI: 10.1504/WRSTSD.2021.114680.
7. Suresha S., Sridhara B. K. Wear characteristics of hybrid aluminium matrix composites reinforced with graphite and silicon carbide particulates // Composites Science and Technology. 2010. No. 70. P. 1652–1659. DOI: 10.1016/j.compscitech.2010.06.013.
8. Etter T., Papakyriacou M., Schulz P., Uggowitzer P. J. Physical properties of graphite/aluminium composites produced by gas pressure infiltration method // Carbon. 2003. No. 41. P. 1017–1024. DOI: 10.1016/S0008-6223(02)00448-7.
9. Calderon N. R., Voytovych R., Narciso J., Eustathopoulos N. Pressureless infiltration versus wetting in AlSi/graphite system // Journal of Materials Science. 2010. No. 45. P. 4345–4350. DOI: 10.1007/s10853-010-4358-y.
10. Костиков В. И., Варенков А. Н. Взаимодействие металлических расплавов с углеродными материалами. — М. : Металлургия, 1981. — 184 с.
11. Cuevas A. C., Bercerril E., Martinez M. S. Metal matric composites: wetting and infiltration. — Cham, Switzerland : Springer, 2018. — 221 p.
12. Malaki M., Tehrani A. F., Niroumand B., Gupta M. Wettability in metal matrix composites // Metals. 2021. No. 11. DOI: 10.3390/met11071034.
13. Léger A., Weber L., Mortensen A. Influence of the wetting angle on capillary forces in pressure infiltration // ActaMaterialia. 2015. No. 91. P. 57–69. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.03.002.
14. Mortensen A. Melt infiltration of metal matrix composites comprehensive composite materials. — Oxford : Pergamon, 2000. P. 521–524.
15. Костиков В. И., Варенков А. Н. Композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных углеродными волокнами. — М. : Интермет Инжиниринг, 2000. — 446 с.
16. Gulevskii V. A., Miroshkin N. Y., Gulevskii V. V. et al. Use of electroplating for increasing the efficiency and quality of impregnation of a porous graphitized carbon material with copper alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2020. Vol. 2020, No. 7. P. 746–751. DOI: 10.1134/S0036029520070071.
17. Gulevskii V. A., Miroshkin N. Y., Antipov V. I. et al. Effect of alloying elements on the wetting of graphitized carbon with copper alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2019. Vol. 2019, No. 1. P. 72–76. DOI: 10.1134/S0036029519010051.
18. Ямпольский А. М. Покрытия благородными металлами / под ред. П. М. Вячеславова. — Вып. 7, 2-е изд., доп. и перераб. — М.-Л. : МАШГИЗ, 1961. — 52 с.
19. ГОСТ 2409–95. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. — Введ. 01.01.1997.
20. МИ 00200851-142–2007. Методика определения предела прочности углеграфитовых материалов при сжатии при температуре от 291 K до 303 K (свид. об атт. № 001-145-2008 от 14.02.2008 ФГУП «ВНИИФТРИ»).
21. Найдич Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах. — Киев : Наукова думка, 1972. — 196 с.
22. Гомзин А. И., Галлямова Р. Ф., Галышев С. Н., Зарипов Н. Г. Подавление образования карбидной фазы при изготовлении углеалюминиевого композита // Молодежный вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2019. № 2. С. 34–37.
23. Lu Y., Wang X., Zhang Y., Wang J. et al. Aluminum carbide hydrolysis induced degradation of thermal conductivity and tensile strength in diamond/aluminum composite // Compos. Mater. 2018. No. 52. P. 2709–2717.
24. Гулевский В. А. Возможности легирования матричного сплава свинца при безгазостатной пропитке углеграфита // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021. № 15. P. 41–48.