Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 104 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП ций. Таким образом, равномерно распределенные частицы будут создавать дисперсионное упрочне- ние отливки. Кроме того, рост прочности матрицы может давать улучшение антифрикционных свойств (снижение коэффициента трения и уменьшение из- носа). Легирование расплавов нанопрошками сопряже- но с рядом проблем. В качестве материала для мо- дифицирования бронзовых сплавов целесообразно использовать оксиды металлов (ZrO 2 , Al 2 O 3 ). В отли- чие от нанопорошков чистых металлов эти оксиды и нитриды имеют очень высокую температуру плавле- ния, высокую твердость, низкую себестоимость и их легче транспортировать. Но тугоплавкие частицы ок- сидов не смачиваются расплавом металла. Это приво- дит к тому, что порошок либо всплывает на поверх- ность расплава, либо неравномерно распределяется по отливке. Повышения прочностных и триботехни- ческих свойств в таком случае не происходит. Реше- нием данной проблемы может стать предварительная активация порошка в шаровых металлических мель- ницах. Такая активация дополнительно размалывает частицы порошка и создает положительный заряд на поверхности частиц [3]. Благодаря этому заряду частицы должны смачиваться расплавом бронзы, не всплывать на поверхность и равномерно распреде- ляться по всему объему. Проведенные ранее автором исследования [4] показывают, что для получения максимального эффекта легирования порошок необ- ходимо вводить в расплав перед самой разливкой в виде медной лигатуры (уже распределенном в боль- шом количестве в небольшом образце меди). Исходя из этого для обеспечения лучшего смачивания ча- стиц порошка расплавом целесообразно при меха- нической активации в тугоплавкий порошок оксидов добавить порошок меди. При последующем модифицировании подобным образом активированным порошком бронзового рас- плава в значительной мере на этот процесс будут влиять фазовый состав порошка, его структура. В свою очередь, фазовый состав и итоговая структура будут определяться режимами работы шаровой мель- ницы. В современной литературе данные о влиянии режимов работы установки активации на параметры перемешиваемых порошков освещены слабо. В дан- ной работе авторами были проведены исследования изменений, происходящих в структуре порошка, ак- тивированного в шаровой мельнице, в зависимости от режимов активизации. Для исследований были взяты ультрадисперс- ный порошок оксида алюминия со средним разме- ром частиц ~5 мкм, полученный плазмохимическим способом, и порошок меди со средним размером ча- стиц ~0,07 мм. Выбор в качестве материала ультра- дисперсного порошка оксида алюминия обусловлен его высокой температурой плавления – 2040 ºC и низкой себестоимостью. Перемешивание и актива- цию порошков проводили в планетарной шаровой мельнице Активатор-2SL. При активации частота вращения планетарного диска с барабанами со- ставляла 600 об/мин. Общий вес обрабатываемых порошков за одну загрузку составлял 50 г. При ак- тивации изменяли время и массовое соотношение порошков. После обработки было произведено ис- следование фазового состава порошков, формы и размеров частиц. Фазовый состав определялся с по- мощью рентгеновского дифрактометра ARL X’TRA. Анализ морфологии, среднего размера частиц и их формы производился по фотографиям, сделан- ным с помощью растрового электронного микро- скопа Carl Zeiss EVO50 с микроанализатором EDS X-Act (Oxford Instruments). Расчет среднего разме- ра частиц производился с помощью программных средств и методик, изложенных в [5]. Для изучения влияния режимов работы шаровой мельницы на параметры обработанных порошков были взяты четыре смеси порошков оксида алюми- ния и меди в разных соотношениях (по массе): 50 % Al 2 O 3 – 50 % Cu; 25 % Al 2 O 3 – 75 % Cu; 15 % Al 2 O 3 – 85 % Cu; 5 % Al 2 O 3 – 95 % Cu. Каждая смесь под- вергалась активации в мельнице в течение 1, 2,5 и 5 мин. Увеличение времени обработки от 5 до 10 мин приводит к агломерации порошка. При времени об- работки более 10 мин порошок налипает на стенки барабана и дальнейшая обработка нецелесообразна. Перед проведением испытаний был выполнен анализ рентгенограмм исходных порошков. Так, порошок оксида алюминия состоит из шести фаз (рис. 1), мед- ный порошок содержит α-фазу меди с ГЦК-решеткой и небольшое количество оксида меди. После активи- зации порошков их фазовый состав в смесях не из- менился. На рентгенограмме пики фаз оксида алю- миния наложились на пики меди и ее оксида. Новых фаз в смесях не образовалось (рис. 2). Анализ фотографий, сделанных на растровом электронном микроскопе, показал, что обработка порошков в шаровой мельнице сильно изменяет морфологию частиц меди. Частицы меди на фото- графиях выглядят более светлыми, частицы оксида алюминия – темно-серыми. С увеличением време- ни обработки частицы меди становятся меньше. Так, при перемешивании в течение минуты их раз- мер меняется с 70 до 52 мкм (рис. 3, а ), 2,5 мин ~ 39 мкм (рис. 3, б ) и 5 мин ~ 31 мкм (рис. 3, в). Изменения размеров частиц оксида алюминия при этом не происходило. Вместе с тем при времени обработки в 1 мин частицы оксида алюминия рав- номерно покрывают более крупные частицы меди.