Introduction. Aluminum-based metal matrix composites (MMCs) have garnered considerable attention recently due to their enhanced mechanical properties, making them suitable for a wide range of industrial applications. While other methods exist for incorporating reinforcements into the base metal, stir casting is a particularly efficient process as it promotes a more uniform distribution of reinforcement particles throughout the matrix. The purpose of this work. It has been demonstrated that adding silicon carbide (SiC) reinforcements to alloys from the 7XXX series enhances their fatigue strength. The impact of SiC reinforcements on the mechanical properties of A356 composites, such as elongation, compressive strength, tensile strength, and hardness, has also been investigated. However, there is a need for more research on how hybrid reinforcement particles affect the mechanical properties of Al7075-T6 alloy. Methods. Considering the broad application spectrum of aluminum matrix composites (AMCs) in the automotive and aerospace sectors, this study examines the influence of varying ratios of nano-sized SiC and graphene reinforcements on the hardness and tensile strength of stir-cast Al7075-T6 aluminum alloy. The scanning electron microscopy — energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) analysis of the composites' microstructural and fractographic surfaces is also included. The objectives of this work are to develop lightweight, high-performance hybrid metal matrix nanocomposite materials and to explore the feasibility of integrating graphene and SiC nanoparticles into Al7075 alloy. Particular emphasis is placed on the discussion of the mechanical characteristics of these hybrid materials. Results and discussion. This study found that mechanical stirring improved the bonding, wetting, and cohesion between the reinforcements and matrix while reducing porosity. Compared to composites produced without stirring, stirred composites exhibited improved strength and toughness due to microstructural changes. The study suggests that appropriate mixing strategies can significantly impact the mechanical properties and surface morphology of Al7075 nanocomposites. The results indicated that the hybrid reinforcement nanoparticles significantly improved both the hardness and tensile strength of the Al7075-T6 alloy. Moreover, a distinct correlation between the ratio of silicon carbide to graphene nanoparticles and the mechanical properties of the specimens was observed. Specifically, an Al7075 specimen reinforced with 0.5 wt.% graphene and 3 wt.% silicon carbide nanoparticles demonstrated superior hardness and tensile strength compared to unreinforced Al7075 and other combinations of silicon carbide and graphene nanoparticles considered in this study. With a 0.5 wt.% graphene content and 1–3 wt.% SiC content, the Al7075-based nanocomposites consistently exhibited a well-defined grain structure with distinct, continuous grain boundaries. The resulting finely dispersed nanoparticles, ranging in size from 62.57 to 91.54 nm, facilitated effective load transfer, grain refinement, and impeded dislocation motion, leading to enhanced mechanical properties. An Al7075-based nanocomposite exhibited superior mechanical performance characterized by a dense, dimpled surface featuring uniform microvoids and minimal particle pull-out. This behavior was attributed to ductile fracture resulting from strong matrix-reinforcement bonding and efficient load transfer. Consistent with these observations, the study indicates that the mechanical behavior of hybrid Al7075-based nanocomposites is significantly influenced by the reinforcement ratio, particle size, and dispersion quality. This information is valuable for advanced industrial applications. The study further demonstrates that a balanced combination of graphene and silicon carbide nanoparticle reinforcements can enhance the mechanical properties of Al7075, emphasizing the need for further investigation into these synergistic effects.
Введение. Металломатричные композиты (ММК) на основе алюминия в последние годы вызывают повышенный интерес в связи с улучшенными механическими свойствами, что открывает широкие перспективы для их применения в различных отраслях промышленности. В то время как существуют различные способы введения упрочняющих компонентов в металлическую матрицу, метод механического замешивания частиц в расплав (stir casting) является относительно простым и эффективным способом, обеспечивающим более равномерное распределение упрочняющих частиц по объему матрицы. Цель данной работы: изучение влияния комбинированного упрочнения наночастицами графена и карбида кремния (SiC) на механические свойства сплава Al7075-T6. Известно, что введение частиц SiC в сплавы серии 7XXX приводит к повышению усталостной прочности. Ранее также было исследовано влияние частиц SiC на механические свойства композитов на основе сплава A356, включая показатели удлинения, прочности при сжатии, прочности при растяжении и твёрдости. Однако влияние комбинированного упрочнения, в частности введение комбинации графена и частиц SiC, на механические свойства сплава Al7075-T6 остается недостаточно изученным, что и определяет актуальность данного исследования. Методы. Учитывая широкую область применения алюминиевых матричных композитов (АМК) в автомобильной и аэрокосмической промышленности, в настоящем исследовании анализируется влияние различных соотношений наночастиц SiC и графена на твёрдость и предел прочности при растяжении нанокомпозитов, полученных методом механического замешивания частиц в расплав на основе алюминиевого сплава Al7075-T6. Дополнительно был выполнен анализ микроструктуры и поверхностей излома композитов с использованием сканирующей электронной микроскопии – энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Основными задачами исследования являются разработка легких высокопрочных комбинированных металломатричных нанокомпозитных материалов и оценка возможности введения наночастиц графена и SiC в матрицу сплава Al7075. Особое внимание уделено анализу взаимосвязи между составом, микроструктурой и механическими свойствами полученных комбинированных материалов. Результаты и обсуждение. В ходе исследования было установлено, что применение механического замешивания частиц в расплав способствует улучшению смачиваемости, когезии и прочности сцепления между упрочняющими компонентами и матрицей, а также снижению пористости. По сравнению с композитами, полученными без замешивания, нанокомпозиты, полученные методом механического замешивания частиц в расплав, продемонстрировали повышенные показатели прочности и вязкости, что связано с изменением микроструктуры. Результаты исследования свидетельствуют, что оптимизация параметров механического замешивания частиц в расплав позволяет существенно влиять на механические свойства и морфологию поверхности нанокомпозитов на основе Al7075. Анализ результатов показал, что использование комбинированного упрочнения наночастицами значительно повышает как твёрдость, так и предел прочности при растяжении сплава Al7075-T6. Отмечена четкая корреляция между соотношением наночастиц SiC и графена и механическими свойствами полученных образцов. В частности, образец Al7075, упрочненный 0,5 масс. % графена и 3 масс. % наночастиц SiC, продемонстрировал наилучшие показатели твёрдости и прочности при растяжении по сравнению с неупрочненным сплавом Al7075 и другими исследованными комбинациями SiC и графена. При содержании графена 0,5 масс. % и содержании SiC 1–3 масс. % нанокомпозиты на основе Al7075 характеризовались хорошо сформированной зернистой структурой с четкими и непрерывными границами зерен. Образование мелкодисперсных наночастиц размером от 62,57 до 91,54 нм способствовало эффективной передаче нагрузки, измельчению зерен и препятствовало движению дислокаций, что, в свою очередь, привело к улучшению механических характеристик. Нанокомпозит на основе Al7075 с оптимальным составом показал высокие механические свойства, а поверхность излома образцов была плотной, с однородными микропорами и минимальным количеством вырванных частиц. Такое поведение связано с пластическим характером разрушения, обусловленным прочной связью между матрицей и упрочняющими компонентами, а также эффективной передачей нагрузки.