ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТОВ ЛИТЫХ АЛЮМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Авторы

  • Евгений Сергеевич Прусов Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых https://orcid.org/0000-0003-4189-877X
  • Иван Владимирович Шабалдин Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых https://orcid.org/0000-0002-1958-6852
  • Владислав Борисович Деев Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» https://orcid.org/0000-0002-8349-8072

Ключевые слова:

литые алюмоматричные композиты, межфазное взаимодействие, легирующие элементы, термодинамическая активность

Аннотация

Характер межфазного взаимодействия алюминиевых расплавов с экзогенными армирующими компонентами при получении алюмоматричных композиционных материалов литейно-металлургическими методами может существенно изменяться при добавлении различных легирующих элементов. В этой связи учет влияния легирования матричных сплавов на термодинамическую активность компонентов в расплавах может рассматриваться как один из критериев выбора легирующих элементов при проектировании составов литых алюмоматричных композитов. Вместе с тем экспериментальные оценки термодинамической активности компонентов сложных систем сопряжены со значительными затратами времени и материальных ресурсов, характеризуются высокой трудоемкостью и большим разбросом полученных значений. Разработка и верификация расчетных моделей для прогнозирования термодинамического поведения многокомпонентных расплавов может рассматриваться как достаточно эффективный подход к определению их термодинамических характеристик. В настоящей работе проведена оценка термодинамической активности легирующих компонентов матричных алюминиевых сплавов при получении литых композиционных материалов на основе тройной системы Al – Si – X (где X = Si, Cu, Mg, Zn, Mn, Ni, Ti, Fe) с использованием уравнения Уилсона и расчетных значений регулируемых параметров по расширенной модели Миедемы. Расчетные формы уравнений для определения коэффициентов активности компонентов реализованы в программном пакете MS Excel. Полученные результаты могут быть полезны при прогнозировании химической стабильности экзогенных армирующих компонентов в матричных алюминиевых расплавах.

Биографии авторов

Евгений Сергеевич Прусов, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

к.т.н., доцент, доцент кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов»

Иван Владимирович Шабалдин, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

студент, техник Управления проектными командами

Владислав Борисович Деев, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы»

Библиографические ссылки

Mortensen A., Llorca J. Metal matrix composites // Annual Review of Materials Research. 2010. Vol. 40. No. 1. P. 243–270.

Rohatgi P.K., Ajay Kumar P., Chelliah N.M., Rajan T.P.D. Solidification processing of cast metal matrix composites over the last 50 years and opportunities for the future // JOM. 2020. Vol. 72. No. 8. P. 2912–2926.

Prusov E., Deev V., Rakhuba E. Aluminum matrix in-situ composites reinforced with Mg2Si and Al3Ti // Materials Today: Proceed- ings. 2019. P. 386–391.

Samal P., Vundavilli P.R., Meher A., Mahapatra M.M. Recent progress in aluminum metal matrix composites: a review on processing, mechanical and wear properties // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 59. P. 131–152.

Панфилов А.В., Прусов Е.С. О получении и свойствах комплексно-армированных композиционных материалов с алюминиевой матрицей // Литейное производство. 2008. № 8. С. 1–9.

Eustathopoulos N., Voytovych R. The role of reactivity in wetting by liquidmetals: A review // Journal of Materials Science. 2016.Vol. 51. P. 425–437.

Malaki M., Fadaei Tehrani A., Niroumand B., Gupta M. Wettability in metal matrix composites // Metals. 2021. Vol. 11. No. 7. Article 1034.

Prusov E.S., Deev V.B., Shurkin P.K., Arakelian S.M. The effect of alloying elements on the interaction of boron carbide with aluminum melt // Non- FerrousMetals. 2021.Vol. 50. No. 1. P. 27–33.

Прусов Е.С., Панфилов А.В., Панфилов А.А. Термодинамический анализ и модель взаимодействия компонентов при синтезе композиционных материалов на основе систем Al–TiO2–B–SiC и Al–TiO2–C–SiC // Литейщик России. 2009. № 9. С. 30–33.

Chatain S., Gonella C., Bordier G., Le Ny J. Thermodynamic activity measurements of the liquid Cu-Gd alloy by high temperature mass spectrometry // Journal of Alloys and Compounds. 1995. Vol. 228. No. 1. P. 112–118.

Zhang N., Chen W., Chen X., Ding X., Zhou G. Modeling activity and interaction coefficients of components of multicomponent alloy melts: an example of iron melt // High Temperature Materials and Processes. 2013. Vol. 32. No. 3. P. 215–221.

Li H., Zhang S., Chen Y., ChengM., SongH., Liu J. Estimation of thermodynamic properties of Cu–La binary alloy with modified miedema’s theory // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2016. Vol. 90. No. 1. P. 11–17.

Ding X., Fan P., Han Q. Models of activity and activity interaction parameter in ternary metallic melt // Acta Metallurgica Sinica. 1994. Vol. 30. P. 49–60.

Fan P., Chou K.C. A self-consistent model for predicting interaction parameters in multicomponent alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 1999. Vol. 30. P. 3099–3102.

Wang F.M., Li X.P., Han Q.Y., Zhang N.X. A model for calculating interaction coefficients between elements in liquid and iron-base alloy // Metallurgical and Materials Transactions B. 1997. Vol. 28. P. 109–113.

Viala J.C., Fortier P., Bouix J. Stable and metastable phase equilibria in the chemical interaction between aluminium and silicon carbide // Journal of Materials Science. 1990.Vol. 25. P. 1842–1850.

Carotenuto G., Gallo A., Nicolais L. Degradation of SiC particles in aluminium-based composites // Journal of Materials Science. 1994. Vol. 29. P. 4967–4974.

Pech-Canul M.I., Katz R.N., Makhlouf M.M. Optimum parameters for wetting silicon carbide by aluminum alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2000. Vol. 31. P. 565–573.

Fan T.X., Yang G., Zhang D. Prediction of chemical stability in SiCp/Al composites with alloying element addition using Wilson equation and an extended Miedema model // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 394. P. 327–338.

Wilson G.M. Vapor-Liquid Equilibrium. XI. A New expression for the excess free energy of mixing // Journal of the American Chemical Society. 1964. Vol. 86. No. 2. P. 127–130.

Tao D.P. Prediction of the thermodynamic properties of multicomponent liquid alloys by binary infinite dilute activity coefficients // Metallurgical and Materials Transactions B. 2001. Vol. 32. P. 1205–1211.

Tao D.P., Yang X.W. Prediction on thermody- namic properties of ternary molten salts from Wilson equation // Metallurgical and Materials Transactions B. 1997. Vol. 28. P. 725–727.

Fan T.X., Yang G., Zhang D. Thermodynamic effect of alloying addition on in-situ reinforced TiB2/Al composites // Metallurgical and Materials Transactions A. 2005. Vol. 36. P. 225–234.

Fan T.X., Yang G.J., Chen J.Q., Zhang D. Model prediction of thermodynamics activity in multicomponent liquid alloy // Key Engineering Materials. 2006. Vol. 313. P. 19–24.

Fang X., Fan T., Zhang D. Work of Adhesion in Al/SiC composites with alloying element addition // Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44. No. 11. P. 5192–5201.

Miedema A.R., de Chatel P.F., de Boer F.R. Cohesion in alloys – Fundamental of a semiempirical model // Physica B+C. 1980. Vol. 100. No. 1. P. 1–28.

Prusov E., Kechin V. General Concept of Cast Metal Matrix Composites Design. In: World Foundry Congress "Creative Foundry", WFC 2018 – Proceedings. Krakow, 2018. P. 199–200.

Prusov E., Kechin V., Deev V. Selection of reinforcing phases for aluminum matrix composites using thermodynamic stability criterion. In: METAL 2020 – 29th International conference on metallurgy and materials. Сonference proceedings. Brno, 2020. P. 1067–1072.

Загрузки

Опубликован

30.09.2022

Как цитировать

Прусов, Е. С., Шабалдин, И. В., & Деев, В. Б. (2022). ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТОВ ЛИТЫХ АЛЮМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(3), 37–44. извлечено от https://vestnik.sibsiu.ru/index.php/vestnik/article/view/228

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение