vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-1(51)-25-34vsgiu-14Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРЕМНИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ФАЗЫ TiC ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АК10М2Н ‒ 10 % TiC МЕТОДОМ СВСSTUDY OF THE INFLUENCE OF SILICON ON THE STABILITY OF THE TiC PHASE IN THE PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL AK10M2N ‒ 10 % TiC BY THE SHS METHODhttps://orcid.org/0000-0002-5451-7107ШеринаЮлия ВладимировнаSherinaYulia V.

аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

postgraduate student of the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials

yulya.makhonina.97@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7889-9931ЛуцАльфия РасимовнаLutsAlfiya R.

к.т.н., доцент кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professorof the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials

alya_luts@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9520-5671ЗакамовДмитрий ВасильевичZakamovDmitriy V.

к.т.н., доцент кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professorof the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials

zeus65@mail.ruСамарский государственный технический университетРоссияSamara State Technical University Russian FederationСамарский государственный технический университетRussian FederationSamara State Technical UniversityRussian Federation202530032025012534Copyright © Шерина Ю.В., Луц А.Р., Закамов Д.В., 20252025Шерина Ю.В., Луц А.Р., Закамов Д.В.Sherina Y., Luts A., Zakamov D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/14

Алюмоматричные композиционные материалы (АМКМ) сочетают в себе комплекс свойств матричного сплава и армирующего наполнителя, что привлекает к ним большой интерес. Для их изготовления наиболее целесообразно применение жидкофазных методов, особое место в числе которых занимает метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Он позволяет получать ультрадисперсные армирующие фазы непосредственно в расплаве из исходных элементных порошков микронных размеров, исключить закупку дорогостоящих высокодисперсных порошков, а также сократить энергозатраты и время получения готового продукта. При использовании этого метода возможен синтез керамической фазы TiC с размерами частиц от 100 нм, причем не только в расплаве технического алюминия, но и в присутствии легирующих элементов. Рассматриваемая технология открывает большие возможности для повышения комплекса свойств существующих промышленных алюминиевых сплавов и особенно привлекательна для сплавов системы Al ‒ Si, широко востребованных, но не отличающихся высокими механическими характеристиками. Приводятся результаты исследования по изучению влияния кремния в составе матричного сплава АК10М2Н на стабильность фазы TiC, образуемой в его расплаве методом СВС. 

Aluminum matrix composite materials (AMCM) combine a set of properties of a matrix alloy and a reinforcing filler, which attracts great interest from researchers. For their manufacture, it is most advisable to use liquid-phase methods, a special place among which is occupied by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), which allows to produce ultrafine reinforcing phases directly in the melt from the initial micron-sized elemental powders and exclude the purchase of expensive highly dispersed powders, as well as reduce energy consumption and time to obtain the finished product. Using this method, it is possible to synthesize the ceramic phase of TiC with particle sizes from 100 nm, not only in the melt of technical aluminum, but also in the presence of alloying elements. This technology opens up great opportunities for improving the complex properties of existing industrial aluminum alloys and is especially attractive for alloys of the Al-Si system, which are widely in demand, but do not differ in high mechanical characteristics. The presented paper presents the results of a study on the effect of silicon in the matrix alloy AK10M2H on the stability of the TiC phase formed in its melt by the SHS method. 

алюминиевый сплавкарбид титанасамораспространяющийся высокотемпературный синтезкомпозиционный материалaluminum alloystitanium carbideself-propagating high-temperature synthesiscomposite materialReferencesБелов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. Москва: МИСИС, 2009:234.1. Belov N.A. Phase composition of aluminum al-loys. Moscow: MISIS, 2009:234. (In Russ.).Рафальский И.В. Ресурсосберегающий синтез сплавов на основе алюминия с использованием дисперсных неметаллических материалов и интеллектуальные методы контроля металлургических процессов их получения. Минск: БНТ, 2016:209.Rafal'skii I.V. Resource-saving synthesis of alu-minum-based alloys using dispersed non-metallic materials and intelligent methods for controlling metallurgical processes for their production. Minsk: BNT, 2016:209. (In Russ.).Курбаткина Е.И., Косолапов Д.В., Ходыкин Л.Д.,Нигметов М.С. Исследование влияния добавки кремния на фазовый состав алюминиевых композиционных материалов, армированных частицами карбида кремния. Труды ВИАМ. 2014;6:35–38. http://doi.org/10.1186/s40712-014-0012-9Kurbatkina E.I., Kosolapov D.V., Khodykin L.D., Nigmetov M.S. Study of the influence of silicon additive on the phase composition of alu-minum composite materials reinforced with silicon carbide particles. Trudy VIAM. 2014;6:35–38. (In Russ.).Михеев Р.С., Чернышова Т.А. Дискретно-армированные композиционные материалы системы Al ‒ TiC (обзор). Заготовительные производства в машиностроении. 2008;11:44–53.http://doi.org/10.1186/s40712-014-0012-9Кулик В.И., Нилов А.С. Композиционные материалы с металлической матрицей. Санкт-Петербург: Балт. гос. техн. ун-т, 2020:69.Mikheev R.S., Chernyshova T.A. Discretely reinforced composite materials of the Al ‒ TiC system (review). Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. 2008;11:44–53. (In Russ.).Луц А.Р., Амосов А.П., Латухин Е.И., Рыбаков А.Д., Шигин С.В. Получение легированного композиционного материала Al ‒ Cu ‒ Mn ‒ TiС с повышенными триботехническими свойствами.Kulik V.I., Nilov A.S. Composite materials with a metal matrix: a manual. Saint-Petersburg: Balt. gos. tekhn. un-t, 2020:69. (In Russ.).Заготовительные производства в машиностроении. 2020;18(6):278–282.http://doi.org/10.36652/1684-1107-2020-18-6-278-282Luts A.R., Amosov A.P., Latukhin E.I., Rybakov A.D., Shigin S.V. Production of alloyed composite material Al ‒ Cu ‒ Mn ‒ TiС with improved tribotechnical properties. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. 2020;18(6):278–282. (In Russ.). http://doi.org/10.36652/1684-1107-2020-18-6-278-282.Амосов А.П., Луц А.Р., Латухин Е.И., Ермощкин А.А. Применение процессов CВC для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана: обзор. Известия вузов. Цветная металлургия, 2016;1:39–49. http://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-1-39-49.Amosov A.P., Luts A.R., Latukhin E.I., Ermoshkin A.A. Application of SHS processes for in situ fabrication of aluminomatrix composites discretely reinforced with nanosized titanium carbide particles: a review. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya, 2016;1:39–49. (In Russ.). http://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-1-39-49Курганова Ю.А. Разработка и применение дисперсно упрочненных алюмоматричных композиционных материалов в машиностроение. Автореф. дис. док. техн. наук. Москва;2008:20.Kurganova Yu.A. Development and application of dispersion-hardened aluminum matrix compo-site materials in mechanical engineering. Avtoref. dis. dok. tekhn. nauk. Moscow;2008:20. (In Russ.).Чернышова Т.А., Калашников И.Е., Болотова Л.К. Трибологические характеристики литых алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными тугоплавкими порошками. Российские нанотехнологии. 2011;6(1–2):135–142. http://doi.org/10.1134/S1995078011010095.Chernyshova T.A., Kalashnikov I.E., Bolotova L.K. Tribological characteristics of cast aluminum matrix composite materials modified with nanoscale refractory powders. Rossiiskie nanotekhnologii. 2011;6(1-2):135–142. (In Russ.).Калашников И.Е. Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов. Автореф. дис. док. техн. наук. Москва;2011:22.http://doi.org/10.1134/S1995078011010095.11. Joseph O. O., Afolalu A. S., Abioyeetal А.А. Effect of TiC addition on the mechanical properties and microstructure of Al-Si alloy. Materials Today: Proceedings, 2020.Kalashnikov I.E. Development of methods for reinforcing and modifying the structure of alumi-num matrix composite materials. Avtoref. dis. dok. tekhn. nauk. Moscow;2011:428. (In Russ.).https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.544Joseph O.O., Afolalu A.S., Abioyeetal А.А. Ef-fect of TiC addition on the mechanical properties and microstructure of Al-Si alloy. Materials To-day: Proceedings, 2020.Karantzalis A.E., Lekatou А., Georgatis Е., Poulas V., Mavros H. Microstructural Observations in a Cast Al ‒ Si ‒ Cu/TiC Composite. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010;19(4):585–590. https://doi.org/10.1007/s11665-009-9505-8https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.544.Zhang M, Huo Y., Ma L., Huang B., Hu Q. In SituTiC Ceramic Particles Locally Reinforced Al ‒ Si Matrix Composites Prepared by SHS-Casting Method from the Al ‒ Si ‒ Ti ‒ C System. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2013;11(4):723–731.Karantzalis A.E., Lekatou А., Georgatis Е., Poulas V., Mavros H. Microstructural Observations in a Cast Al-Si-Cu/TiC Composite. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010;19 (4):585–590.https://doi.org/10.1111/ijac.12097https://doi.org/10.1007/s11665-009-9505-8.Guo R.-F., Wang Y., Ma Y.-H., Shen P. Role of Si in the wetting of TiC by Al. Journal of Materials Science. 2020;2. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05496-4Zhang M, Huo Y., Ma L., Huang B., Hu Q. In SituTiC Ceramic Particles Locally Reinforced Al-Si Matrix Composites Prepared by SHS-Casting Method from the Al-Si-Ti-C System. In-ternational Journal of Applied Ceramic Technol-ogy. 2013;11(4):723–731.López V.H., Scoles A., Kennedy A.R. The thermal stability of TiC particles in an Al 7wt.% Si al-loy / V.H. López, A. Scoles, A.R. Kennedy. Mate-rials 16. Xia F., Liang M.X., Gao X.S., Guo Y.C., Li J.P., Yang W., Zhang Z.K. Instability of in situ TiC particles in an Al‒12Si. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):11361–11369. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.063.https://doi.org/10.1111/ijac.12097.Ding H., Liu X. Influence of Si on stability of TiC in Al melts. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011;21(7):1465–1472. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(11)60882-0Guo R.-F., Wang Y., Ma Y.-H., Shen P. Role of Si in the wetting of TiC by Al. Journal of Mate-rials Science. 2020;2.Луц А.Р., Шерина Ю.В., Амосов А.П., Минаков Е.А., Ибатуллин И.Д. Выбор термической обработки и исследование ее влияния на структуру и свойства композиционного материала АК10М2Н ‒ 10 % TiC, полученного методом СВС в расплаве. Известия вузов. Цветная металлургия. 2024;30(2):30–43. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-30-43https://doi.org/10.1007/s10853-020-05496-4.Шерина Ю.В., Луц А.Р., Ибатуллин И.Д. Разработка композиционного материала на основе сплава АК10М2Н и исследование его триботехнических свойств. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022;2(128):11–16.López V.H., Scoles A., Kennedy A.R. The ther-mal stability of TiC particles in an Al 7 wt. % Si alloy. Materials Science and Engineering: A. 2002;356(1–2):316–325. https://doi.org/10.1016/s0921-5093(03)00143-6.https://doi.org/10.30987/2223-4608-2022-2-11-16.Xia F., Liang M. X., Gao X. S., Guo Y. C., Li J. P., Yang W., Zhang Z. K. Instability of in situ TiC particles in an Al-12Si. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):11361–11369.Рыбаков А.Д. Применение различных форм углерода для СВС высокодисперсного карбида титана в расплаве при получении алюмоматричных композиционных мате-риалов. Автореф. дис. канд. техн. наук. Самара, 2021:18.https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.063.Амосов А.П., Латухин Е.И., Умеров Э.Р. Применение процессов инфильтрации и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения керметов: обзор. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(6):52–75.Ding H., Liu X. Influence of Si on stability of TiC in Al melts. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011;21(7):1465–1472. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(11)60882-0.https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-6-52-75Luts A.R., Sherina Yu.V., Amosov A.P., Minakov E.A., Ibatullin I.D. Selection of heat treatment and study of its influence on the structure and properties of composite material AK10M2N-10%TiC obtained by the SHS method in the melt. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2024;30(2):30–43. (In Russ.).Шерина Ю.В. Влияние армирования высокодисперсной фазой карбида титана, синтезированной в расплаве, и термообработки на структуру и свойства промышленных алюминиевых сплавов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2024:20.https://doi.org/10.17073/0021-3438-2024-2-30-43Шерина Ю.В., Луц А.Р. Влияние термической обработки на свойства композиционных материалов АМг2 ‒ 10 % TiC и АМг6 ‒ 10 % TiC, полученных методом саморассамораспространяющегося высокотемпературного синтеза. FrontierMaterials&Technologies. 2024;1: 105–112. https://doi.org/ 10.18323/2782-4039-2024-1-67-10Sherina Yu.V., Luts A.R., Ibatullin I.D. Devel-opment of a composite material based on the AK10M2N alloy and study of its tribotechnical properties. Naukoemkie tekhnologii v mashi-nostroenii. 2022;2(128):11–16. (In Russ.). https://doi.org/10.30987/2223-4608-2022-2-11-16Шерина Ю.В. Исследование влияния добавки высокодисперсной фазы карбида титана, синтезированной в расплаве, и термообработки на структуру и свойства сплава АМ4,5Кд. Транспортное машиностроение. 2024;3:59–59. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2024-3-59-69Rybakov A.D. Application of various forms of carbon for SHS of highly dispersed titanium car-bide in the melt in the production of aluminum matrix composite materials. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. Samara, 2021:18. (In Russ.).Vishnuvardhan Reddy D., Salonica Sravani P., Deepthi N. The investigation of mechanical and metallurgical properties on Al7075-TiC-SiC reinforced hybrid composites by stir casting. International Journal of Mechanical and Production, 2019;9:769–776. https://doi.org/10.24247/ijmperdapr201976.Amosov A.P., Latukhin E.I., Umerov E.R. Ap-plication of infiltration and self-propagating high-temperature synthesis processes to produce cermets: review. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2021;27(6):52–75.Каченюк М.Н., Сметкин А.А., Андраковская К.Э. Влияние условий механоактивации и консолидации на формирование композиционного материала Ti3SiC2/TiC. Современные проблемы науки и образования, 2014; 2.https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-6-52-75Sherina Yu.V. Effect of reinforcement with highly dispersed phase of titanium carbide synthesized in the melt and heat treatment on the structure and properties of industrial aluminum alloys. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. Samara, 2024:20. (In Russ.).Sherina Yu.V. Effect of reinforcement with highly dispersed phase of titanium carbide synthesized in the melt and heat treatment on the structure and properties of industrial aluminum alloys. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. Samara, 2024:20. (In Russ.).Sherina Yu.V., Luts A.R. The influence of heat treatment on the properties of composite materials AMg2 ‒ 10 % TiC and AMg6 ‒ 10 % TiC obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis. FrontierMaterials&Technologies. 2024;1:105–112.Sherina Yu.V., Luts A.R. The influence of heat treatment on the properties of composite materials AMg2 ‒ 10 % TiC and AMg6 ‒ 10 % TiC obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis. FrontierMaterials&Technologies. 2024;1:105–112.https://doi.org/ 10.18323/2782-4039-2024-1-67-10https://doi.org/ 10.18323/2782-4039-2024-1-67-10Sherina Yu.V. Study of the influence of the addition of highly dispersed phase of titanium carbide synthesized in the melt and heat treatment on the structure and properties of the alloy AM4, 5Kd. Transportnoe mashinostroenie. 2024;3:59–59. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2024-3-59-69Sherina Yu.V. Study of the influence of the addition of highly dispersed phase of titanium carbide synthesized in the melt and heat treatment on the structure and properties of the alloy AM4, 5Kd. Transportnoe mashinostroenie. 2024;3:59–59. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2024-3-59-69Vishnuvardhan Reddy D., Salonica Sravani P., Deepthi N. The investigation of mechanical and metallurgical properties on Al7075-TiC-SiC reinforced hybrid composites by stir casting. International Journal of Mechanical and Production, 2019;9:769–776. https://doi.org/10.24247/ijmperdapr201976Vishnuvardhan Reddy D., Salonica Sravani P., Deepthi N. The investigation of mechanical and metallurgical properties on Al7075-TiC-SiC reinforced hybrid composites by stir casting. International Journal of Mechanical and Production, 2019;9:769–776. https://doi.org/10.24247/ijmperdapr201976Kachenyuk M.N., Smetkin A.A., Andrakovskaya K.E. The influence of mechanical activation and con-solidation conditions on the formation of Ti3SiC2/TiC composite material. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2014;2.Kachenyuk M.N., Smetkin A.A., Andrakovskaya K.E. The influence of mechanical activation and con-solidation conditions on the formation of Ti3SiC2/TiC composite material. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2014;2.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.