аспирант, младший научный сотрудник лаборатории структурного дизайна перспективных материалов
postgraduate student, Junior researcher at the Laboratory of Structural Design of Advanced Materials
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, заведующий лабораторией структурного дизайна перспективных материалов
Cand. Sci. (Phys.-math.), Senior Re-searcher, Head of the Laboratory of Structural Design of Advanced Materials
к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher at the Laboratory of Local Metallurgy in Additive Technologies
к.т.н., научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
Cand. Sci. (Eng.), Researcher at the Laboratory of Local Metallurgy in Additive Technologies,
к.ф.-м.н., ведущий инженер лаборатории физики упрочнения поверхности
Cand. Sci. (Phys.-math.), leading engineer of the Surface hardening Physics Laboratory
д.т.н., заведующий лабораторией локальной металлургии в аддитивных технологиях
Dr. Sci. (Phys.-Math.)
Формирование функционально-градиентных материалов (ФГМ) Cu/Al со сплошным интерметаллидным поверхностным слоем методом электронно-лучевого аддитивного производства сопряжено с образованием неоднородностей и дефектов в структуре. Основные препятствия для получения стабильных и бездефектных структур ФГМ на поверхности медной основы заключаются в различии коэффициентов термического расширения меди и алюминия на границе при образовании интерметаллидов, растрескиваний и расслоений. Избежать образования трещин и расслоений позволяет формирование плавного градиента от меди к интерметаллидным слоям Cu/Al. В работе методом электронно-лучевой аддитивной технологии были получены бездефектные функционально-градиентные материалы Cu/Al с различной толщиной градиентной зоны. Исследованы структурно-фазовое состояние и механические свойства ФГМ Cu/Al по всей высоте напечатанного материала. Установлено, что градиентная зона ФГМ Cu/Al состоит из фаз α-Cu, Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4. Установлено, что толщина градиентной зоны влияет на объемную долю интерметаллидных фаз CuxAly, которые, в свою очередь, определяют величину относительного удлинения при постоянном значении предела прочности (305 ± 10 МПа). Значения микротвердости резко повышаются в градиентной зоне и имеют неравномерный характер распределения из-за формирования интерметаллидов Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4. Показано, что верхняя часть ФГМ Cu/Al, состоящая из 67 % Cu и 33 % Al (об.), демонстрирует резкое падение механических свойств, что, вероятно, связано с образованием фазы Cu9Al4, объемная доля которой преобладает по сравнению с другими интерметаллидными фазами системы CuxAly.
The formation of functional gradient Cu/Al materials with a continuous intermetallic surface layer by electron beam additive manufacturing is associated with the formation of a number of inhomogeneities and defects in the structure. The main obstacles to obtaining stable and defect-free FGM structures on the surface of the copper base are the difference in the coefficients of thermal expansion of copper and aluminum at the boundary with the formation of intermediates, cracks and delaminations. The formation of a smooth gradient from copper to intermetallic Cu/Al layers allows to avoid the formation of cracks and delaminations. In the work, defect-free functional gradient Cu/Al materials with different gradient zone widths were obtained using electron beam additive technology. The structural-phase state and mechanical properties of FGM Cu/Al over the entire height of the printed material are investigated. It is established that the Cu/Al gradient zone of FGM consists of the phases α-Cu, Cu4Al, Cu3Al and Cu9Al4. It is established that the width of the gradient zone affects the volume fraction of CuxAly intermetallic phases, which, in turn, determine the magnitude of the elongation at a constant value of the tensile strength (305 ± 10 MPa). The microhardness values increase sharply in the gradient zone and have an uneven distribution due to the formation of Cu4Al, Cu3Al and Cu9Al4 intermetallides. It is shown that the upper part of the Cu/Al FGM, consisting of 67 % Cu and 33 % Al (vol.), demonstrates a sharp drop in mechanical properties, which is probably due to the formation of the Cu9Al4 phase, the volume fraction of which prevails compared to other intermetallic phases of the CuxAly system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.