АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Несмотря на высокую стоимость алюминиевых сплавов в сравнении с чугунами и сталями, они находят широкое применение в различных отраслях машиностроения из-за значительно меньшей массы отливок и сокращения трудоемкости их механической обработки. Многочисленные исследования процессов кристаллизации расплава связаны с тем, что существуют методы воздействия на ключевые характеристики сплава (прочность, пластичность, коррозионная стойкость и теплопроводность). Повышение качества изделий из алюминиевых сплавов является важной научно-технической задачей, которая объединяет теорию и технологию литейного производства с металловедением. Проведен обзор существующих методик и способов модифицирования алюминия и его сплавов. Описаны основные теории, виды модифицирования и процессы, происходящие при действии модифицирующих добавок на расплав. Рассмотрены способы введения модифицирующих элементов в расплав. Изложены технологии получения порошкообразных смесей и лигатур, имеющие наибольший эффект модифицирования. Приведены методы кавитационного и лазерного воздействий на расплав, усиливающие действие модификатора. Рассмотрены информационный и генетический подходы к процессу модифицирования. Обобщены и перечислены основные эффективные модифицирующие добавки (редкоземельные металлы, алмазный порошок, углеродные нанотрубки, керамические тугоплавкие соединения AlN, Si₃N₄, SiC, TiC, B₄C, TiB₂). Описанные методы являются перспективными решениями, позволяющими сделать этот легкий и прочный металл еще более универсальным и высокопроизводительным материалом для различных отраслей промышленности.

1. Sun W., Zhu Y., Marceau R., Wang L., Zhang Q., Gao X., Hutchinson C. Precipitation strengthening of aluminum alloys by room-temperature cyclic plasticity. Science. 2019; 363(6430):972–975. https://colab.ws/articles/10.1126/science.aav7086

2. Костин И.В., Безруких А.И., Беляев С.В., Фролов В.Ф., Губанов И.Ю., Лесив Е.М., Степаненко Н.А. Исследование технологии модифицирования при литье плоских слитков 5ХХХ серии. Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2017; 10(1):90–98.

3. Калинина Н.Е., Джур Е.А., Калинин В.Т., Носова Т.В., Кашенкова А.В. Влияние мо-дифицирования на структуру и механиче-ские свойства сложнолегированных алюминиевых сплавов. Вестник двигателестроения. Конструкционные материалы. 2016;1:118–120.

4. Тошев М.Т. Применение нитридов в каче-стве модификаторов сплавов алюминия. Политехнический вестник. Серия: Инже-нерныеисследования. 2019;1(45):93–96. EDN: PWGTKR.

5. Дуюнова В.А., Трапезников А.В., Леонов А.А., Коренева Е.А. Модифицирование литейных алюминиевых сплавов (обзор). Труды ВИАМ. 2023; 4(122):14–26. EDN: PODXET. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2023-0-4-14-26

6. Альтман М.Б., Стромская Н.П. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1984:128.

7. Никитин В.И., Никитин К.В. Генное модифицирование алюминиевых литейных и деформируемых сплавов. Металлургия машиностроения. 2016;5:10–14. EDN: WMNMXR.

8. Гуреева М.А. Модифицирование слитков алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si кальцием. Заготовительные производства в машиностроении. 2015;9:3–7.

9. EDN: UHLAVF.

10. Shabel B.S. Friction and Wear of Aluminum-Silicon Alloys. National Institute of Standards and Technology. 2013;18:10.

11. Антонов М.М., Шамсутдинова М. Г., Орелкина Т.А. Модифицирование алюминиевых сплавов универсальными порошковыми веществами. XVII международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов – молодых ученых. Екатеринбург, 5–9 декабря 2016: сборник научных трудов. Ч. 2. Екатеринбург: Издательство Уральского университета. 2016:292–295.

12. Гребнев Ю.В., Жаркова В.Ф., Окопный О.С. Комплексный процесс модифицирования и фильтрационного рафинирования литейных сплавов алюминия. Известия Волгоградского государственного технического университета. 2012; 9(96):161–164. EDN: PAXPJH.

13. Скачков В.М., Яценко С.П. Модифицирование алюминиевых сплавов редкими металлами – основа перспективных материалов в строительстве и транспорте. Нанотехнологии в строительстве. Научный интернет-журнал. 2016;8(3):60–69. EDN: VZZFDP. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2016-8-3-60-69

14. Филиппова И.А., Белов В.Д., Дибров И.А. Модифицирование алюминиевых сплавов лигатурами AI5TiB, закаленными из жидкого состояния. Литейщик России. 2011;3:38–40. EDN: NTVNWV.

15. Крушенко Г.Г. Модифицирование алюми-ниевыми гранулами алюминиевых дефор-мируемых сплавов при литье слитков. Ре-шетневские чтения. 2009; 1:331–332. EDN: VBEGGV.

16. Эскин Г.И., Бочвар С.Г. Модифицирование алюминиевых сплавов акустическим воздействием. Технология легких сплавов. 2018;3:14–19. EDN: YLFMHR.

17. Саврай Р.А., Малыгина И.Ю., Макаров А.В., Осинцева А.Л., Роговая С.А., Колобылин Ю.М. Влияние лазерного легирования порошковыми смесями Cu – Zn – Ti и Si – Cu на структуру и свойства литейного алюминиевого сплава. Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019;21(4):70–84. EDN: LWRSCQ. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.4-70-84

18. Premkumar M., Chu M.G. Al-TiC particulate composite produced by a liquid state in situ process. Materials Science and Engineering A. 1995; 202(1–2):172–178.

19. https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)09787-2

20. Liu X., Zhenqing W., Zuogui Z., Xiufang B. The relationship between microstructures and refining performances of Al–Ti–C master alloys. Materials Science and Engineering A. 2002; 332(1–2):70–74.

21. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01751-8

22. Birol Y. Grain Refining Efficiently of Al–Ti–C Alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2006; 422(1-2):128–131.

23. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.11.059

24. Cai X., Dong B., Lin S., Liu D. Improvements of microstructure and mechanical properties of wire-arc directedenergy deposition 2024 aluminum alloy after adding TiC nanoparticles. Virtual and Physical Prototyping. 2025;20(1):22. http://dx.doi.org/10.1080/17452759.2024.2442489

25. Апакашев Р. А., Валиев Н.Г., Красиков С.А., Хазин М.Л. Исследование высокотемператур-ного взаимодействия оксида кремния (IV) с алюминием и его сплавами. Известия Туль-ского государственного университета. Науки о Земле. 2021; 1:271–283. EDN: ONJYUM.

26. Bustos Ó., Leiva R., Allende R., Saanchez Ch. Effect of magnetic stirring, grain modification and refinement on the solidification structure of an A356 aluminum alloy. Revista Materia. 2021;26(1):1–16. http://dx.doi.org/10.1590/s1517-707620210001.1227

27. Moustafa E., Mosleh A. Effect of (Ti – B) modi-fier elements and FSP on 5052 aluminum alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2020;823:153–745. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153745

28. Ding H., Liu X., Yu L., Zhao G. The influence of forming processes on the distribution and morphologies of TiC in Al–Ti–C master alloys. Scripta Materialia. 2007; 57(7):575–578.

29. Титова Ю.В., Майдан Д.А., Тимошкин И.Ю. Ис-следование ввода нанопорошка нитрида алюминия марки СВС-Аз в расплав алюминия для при-готовления ex-situ композитов Al – (1 –10 %) AlN. Современные материалы, техника и техноло-гии. 2017; 6(14):138–144. EDN: ZXYAYX.

30. Пантелеева А.В., Никонова Р.М. Модифици-рование алюминия упрочняющими фазами TiB2 и TiC методом СВС в расплаве. Химиче-ская физика и мезоскопия. 2019; 21(1):65–69. EDN: WYLFWL.

31. http://dx.doi.org/10.15350/17270529.2019.1.9

32. Сычев А.Е., Мержанов А.Г. Самораспростра-няющийся высокотемпературный синтез наноматриалов. Успехи химии. 2004;73(2):157–170.

33. Никитин К.В., Никитин В.И., Черников Д.Г. Наследственное влияние структуры магнали-ев на их деформируемость при холодной прокатке. Металлургия машиностроения. 2014;6:13–15. EDN: TKKCTT.

34. Bayoumy D., Wu X., Zhu Yu., Kan W., Huang A. The latest development of Sc-strengthened aluminum alloys by laser powder bed fusion. Elsevier Ltd. 2023; 149:1–17.

35. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmst.2022.11.028

36. Xiao W., Xu C. Synergistic effects of Gd and Zr on grain refinement and eutectic Si modification of Al-Si cast alloy. Materials Science & Engi-neering A.2017. 693:93–100.

37. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2017.03.097

38. Знаменский Л.Г., Ивочкина О.В., Речкалов И.В. Рафинирование и модифицирование сплавов рециклинговыми наноструктурированными материалами. Вестник Южно-Уральского госу-дарственного университета. Серия «Металлургия». 2015;15(4):68–72. EDN: VAVXUT. http://dx.doi.org/10.14529/met150409

39. Elshalakany A.B., Osman T., Khattab A., Azzam B.S., Zaki M. Microstructure and Mechanical Proper-ties of MWCNTs Reinforced A356 Aluminum Alloys Cast Nanocomposites Fabricated by Using a Combination of Rheocasting and Squeeze Cast-ing Techniques. Journal of Nanomaterials. 2014;5:1–14. http://dx.doi.org/10.1155/2014/386370

40. Никитин В.И., Никитин К.В. Развитие и применение явления структурной наследственности в алюминиевых сплавах. Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2014;7(14):424–429.

41. Амосов Е.А. О модифицировании сплавов алюминия. Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2013;4:123–128. EDN: REBIOZ.

42. Никитин В.И., Никитин К.В. Проблема наследственности шихтовых материалов в технологиях легких сплавов: история, состоя-ние, перспективы. Технология легких сплавов. 2020;2:21–35. EDN: TUSYKT