Введение. В настоящее время широко используются легкие и высокопрочные алюмоматричные композиты из-за их высоких механических и трибологических свойств. Алюмоматричный композит, армированный керамикой и промышленными отходами, способен изменять свое механико-химическое поведение. Цель работы: создать алюмоматричный композиционный материал с использованием керамических (первичных) и промышленных (вторичных) отходов, представленных красным шламом и золой скорлупы кокосового ореха соответственно. Массовая доля упрочняющей фазы варьировалась от 5 до 12,5 масс. % соответственно с остаточным массовым процентом алюминиевого сплава. Метод исследования. Методом литья с перемешиванием были приготовлены девять образцов композиционных материалов. Перемешивание осуществляли со скоростью от 50 до 100 об/мин в течение 20 минут при температуре 800 °С. Результаты и обсуждение. Твердость алюмоматричного композита исследовали при нагрузке на индентор 10, 15 и 20 кН. Для проведения дисперсионного (ANOVA) анализа и регрессионного анализа путем выбора массового процента красного шлама и массового процента золы из скорлупы кокосового ореха был выбран метод Тагучи с ортогональным массивом L27. В качестве входного параметра использовали нагрузку на индентор, а в качестве выходного параметра – характер изменения твердости. Были исследованы отношение сигнал/помеха, таблица откликов, контурная диаграмма и график нормальной вероятности, и обнаружено, что значения твердости улучшаются при добавлении как упрочняющих компонентов, так и нагрузки на индентор. Результаты показывают, что значение твердости варьируется от 33,34 до 53,44 HB, а влияние массового процента красного шлама было более значимым, чем нагрузки на индентор и массового процента золы из скорлупы кокосового ореха.
1. Verma N., Vettivel S.C. Characterization and experimental analysis of boron carbide and rice husk ash reinforced AA7075 aluminium alloy hybrid composite // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 741. – P. 981–998. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.185.
2. Bharathi P., Kumar T.S. Mechanical characteristics and wear behaviour of Al/SiC and Al/SiC/B4C hybrid metal matrix composites fabricated through powder metallurgy route // Silicon. – 2023. – Vol. 15 (10). – P. 4259–4275. – DOI: 10.1007/s12633-023-02347-0.
3. Sundarababu J., Anandan S.S., Griskevicius P. Evaluation of mechanical properties of biodegradable coconut shell/rice husk powder polymer composites for light weight applications // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 39. – P. 1241–1247.
4. A new treatment for coconut fibers to improve the properties of cement-based composites – Combined effect of natural latex/pozzolanic materials / E.J. Da Silva, M.L. Marques, F.G. Velasco, C.F. Junior, F.M. Luzardo, M.M. Tashima // Sustainable Materials and Technologies. – 2017. – Vol. 12. – P. 44–51. – DOI: 10.1016/j.susmat.2017.04.003.
5. Fabrication and characterization of adding coconut shell actived nanocarbon to lightweight concrete / H. Lubis, E. Sharman, E. Chairina, I. Siregar, M. Rizky, D. Maiya, T. Machdhalie // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1428 (1). – P. 012039. – DOI: 10.1088/1742-6596/1428/1/012039.
6. The feasibility of using red mud in coatings based on glyptal resins / L. Melnyk, O. Myronyuk, V. Ratushniy, D. Baklan // French-Ukrainian Journal of Chemistry. – 2020. – Vol. 8 (1). – P. 88–94. – DOI: 10.17721/fujcV8I1P88-94.
7. Feasibility of preparing red mud-based cementitious materials: Synergistic utilization of industrial solid waste, waste heat, and tail gas / Z. Li, J. Zhang, S. Li, C. Lin, Y. Gao, C. Liu // Journal of Cleaner Production. – 2021. – Vol. 285. – P. 124896. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124896.
8. Kang S.P., Kwon S.J. Effects of red mud and alkali-activated slag cement on efflorescence in cement mortar // Construction and Building Materials. – 2017. – Vol. 133. – P. 459–467. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.123.
9. A laboratory-scale experimental investigation on the reuse of a modified red mud in ceramic materials production / C. Scribot, W. Maherzi, M. Benzerzour, Y. Mamindy-Pajany, N.E. Abriak // Construction and Building Materials. – 2018. – Vol. 163. – P. 21–31. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.092.
10. Efficient removal of antimony (III) in aqueous phase by nano-Fe3O4 modified high-iron red mud: study on its performance and mechanism / Y. Peng, L. Luo, S. Luo, K. Peng, Y. Zhou, Q. Mao, Y. Yang // Water. – 2021. – Vol. 13 (6). – P. 809. – DOI: 10.3390/w13060809.
11. Sharma R., Pradhan M.K., Jain P. Fabrication, characterization and optimal selection of aluminium alloy 8011 composites reinforced with B4C-aloe vera ash // Materials Research Express. – 2023. – Vol. 10 (11). – P. 116513. – DOI: 10.1088/2053-1591/acec32.
12. Optimizing wear performance: comprehensive analysis of aluminium 6061 metal matrix composites reinforced with coconut shell ash and graphene / L.J. Kumar, J.P. Ganjigatti, G. Irfan, R. Thara // Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. – 2024. – P. 1–17. – DOI: 10.1007/s40033-023-00630-3.
13. Kumar A., Singh R.C., Chaudhary R. Investigation of nano-Al2O3 and micro-coconut shell ash (CSA) reinforced AA7075 hybrid metal–matrix composite using two-stage stir casting // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2022. – Vol. 47 (12). – P. 15559–15573. – DOI: 10.1007/s13369-022-06728-2.
14. Experimental analysis and mechanical characterization of Al 6061/alumina/bagasse ash hybrid reinforced metal matrix composite using vacuum-assisted stir casting method / N.K. Chandla, Yashpal, S. Kant, M.M. Goud, C.S. Jawalkar // Journal of Composite Materials. – 2020. – Vol. 54 (27). – P. 4283–4297. – DOI: 10.1177/0021998320929417.
15. Dewangan R., Pandey P.K., Dohare R. Analysis on mechanical behaviour of hybrid aluminium metal matrix composite material using rice husk ash and iron ore tailing // Turkish Online Journal of Qualitative Inquiry. – 2021. – Vol. 12 (3).
16. Gupta V., Kumar R. Investigating the mechanical and tribological properties of aluminium metal matrix composite reinforced with rice husk ash and aluminium oxide // International Journal of Precision Technology. – 2020. – Vol. 9 (4). – P. 324–334. – DOI: 10.1504/IJPTECH.2020.112697.
17. Singh J., Chauhan A. Investigations on dry sliding frictional and wear characteristics of SiC and red mud reinforced Al2024 matrix hybrid composites using Taguchi's approach // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. – 2019. – Vol. 233 (9). – P. 1923–1938. – DOI: 10.1177/1464420718803126.
18. Development of novel stir cast aluminium composite with modified coconut shell ash filler / B. Panda, C.A. Niranjan, A.D. Vishwanatha, P. Harisha, K.R. Chandan, R. Kumar // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 22. – P. 2715–2724. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.03.402.
19. Kar C., Surekha B. Characterisation of aluminium metal matrix composites reinforced with titanium carbide and red mud // Materials Research Innovations. – 2021. – Vol. 25 (2). – P. 67–75. – DOI: 10.1080/14328917.2020.1735683.
20. Development of aluminium 5056/SiC/bagasse ash hybrid composites using stir casting method / T.M. Harish, S. Mathai, J. Cherian, K.M. Mathew, T. Thomas, K.V. Prasad, V.C. Ravi // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 27. – P. 2635–2639. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.11.081.
21. Effect of red mud on mechanical and microstructural characteristics of aluminum matrix composites / P. Samal, R. Raj, R.K. Mandava, P.R. Vundavilli // Advances in Materials and Manufacturing Engineering: Proceedings of ICAMME 2019. – Singapore: Springer, 2020. – P. 75–82. – DOI: 10.1007/978-981-15-1307-7_8.
22. Biswas R., Sarkar A. A two-step approach for arsenic removal by exploiting an autochthonous Delftia sp. BAs29 and neutralized red mud // Environmental Science and Pollution Research. – 2021. – Vol. 28. – P. 40665–40677. – DOI: 10.1007/s11356-020-10665-8.
23. Kumar P.V., Paranthaman P. Friction stir welding process parametric optimization of hybrid aluminium-bagasse ash-graphite composite by Taguchi approach // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 37. – P. 764–768. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.789.
24. Khalid M.Y., Umer R., Khan K.A. Review of recent trends and developments in aluminium 7075 alloys and metal matrix composites (MMCs) for aircraft applications // Results in Engineering. – 2023. – Vol. 20. – P. 101372. – DOI: 10.1016/j.rineng.2023.101372.
Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 179–191. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-179-191.
Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2024, vol. 26, no. 3, pp. 179–191. DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-179-191. (In Russian).