Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 41 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ также сравнение полученных результатов с чистым алюминием, обработанным по идентичной техноло- гии. На рис. 1 представлены основные этапы получе- ния композиционного материала «алюминий – угле- родные нанотрубки». В качестве матричного материала использовали порошок технически чистого алюминия с размером частиц 90…250 мкм, полученного методом распы- ления расплава (рис. 2, а ). Углеродные нанотрубки были получены в Институте неорганической химии СО РАН методом химического осаждения из газовой фазы с использованием Fe-катализатора. Длина нано- трубок составляла 5…20 мкм, наружный диаметр – 20…150 нм (рис. 2, б ). Большая поверхностная энергия нанотрубок спо- собствует образованию их устойчивых конгломератов. Перед смешиванием с порошком алюминия нанотруб- ки в течение 15 мин подвергали ультразвуковой обра- ботке в дистиллированной воде. Водная суспензия на- нотрубок пульверизатором наносилась на тонкий слой порошка алюминия и высушивалась при 100 °С в ва- куумном сушильном шкафу. Порошки алюминия с раз- личным содержанием нанотрубок помещали в 250 мл стакан из закаленной стали, содержащий 50 мелющих стальных шаров диаметром 10 мм (соотношение «мас- са порошка – масса шаров» 1:3). Смешивание прово- дили в течение 1 ч в планетарной шаровой мельнице Pulverisette 6 при скорости 400 об/мин. Компактирование порошковой смеси, находя- щейся в медных трубках диаметром 10 мм, осущест- вляли горячей прокаткой при 400 °С. Полученные порошковые компакты извлекали из медной оболоч- ки. Поверхность сформированных пластин зачищали абразивным инструментом и обезжиривали. Пласти- ны собирали в пакет из 8 штук и прокатывали в горя- чем состоянии. Общая степень деформа- ции составила 90 %. Спекание материала происходило в вакууме в течение 5 ч при температуре 550 °С. Образцы компози- ционного материала представляли собой пластины толщиной 1 мм. Испытание на одноосное статическое растяжение про- водили на универсальной машине растя- жения Instron 3369. На рис. 3 представле- ны результаты испытаний. а б Рис. 3 . Предел прочности ( а ) и относительное удлинение ( б ) композиционного материала «алюминий – углеродные нанотрубки» Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что наибольшим пределом прочности обладают образцы, содержащие 0,01…0,1 % вес. нанотрубок. При введении 1 % наночастиц углерода наблюдает- ся падение прочности композита. Введение углерод- ных нанотрубок существенно влияет на пластические свойства алюминия. Относительное удлинение образ- цов, содержащих 0,01…0,1 % вес. УНТ, на 60…70 % меньше по сравнению с чистым алюминием. Пласти- ческого удлинения образцов, содержащих 0,5 и 1 % углеродных нанотрубок, практически не происходит. Измерение микротвердости производили по ме- тоду Виккерса. Нагрузка при индентировании со- ставляла 0,098 Н. Экспериментально установлено, что значения микротвердости для всех образцов на- ходятся на одном уровне и составляют ~ 450 МПа. Металлографические исследования проводили на микроскопе AxioObserver A1m. На снимках алю- миния, подвергнутого аккумулированной прокатке, можно наблюдать слои исходных пластин (рис. 4, а ). Нарушения сплошности в виде трещин, расслаива- ния не обнаружено. а б Рис. 4. Поперечное сечение образца алюминия без нанотрубок ( а ) и алюминия, содержащего 1 % нанотрубок по массе ( б ) Рис. 1. Схема получения алюминиевого композиционного материала с использованием аккумулированной прокатки а б Рис. 2. Исходные материалы: а – порошок алюминия; б – многослойные углеродные нанотрубки