Микроструктурные, механические и трибологические характеристики композитов с гибридной матрицей Al/Cu, упрочненных керамическими частицами

Алюминий и его сплавы имеют широкий диапазон применения благодаря его низкой плотности, стоимости и высокой удельной прочности. Особенно перспективными являются композиты с матрицей Al–Cu с превосходными микроструктурными и механическими характеристиками. За счет образования интерметаллида, содержащего Cu, свойства сплавов на основе Al были значительно улучшены. В данном исследовании композиты с матрицей из чистого алюминия и Cu, упрочненные керамическими микрочастицами на основе карбида SiC и оксида ZrO₂, были изготовлены методами порошковой металлургии. Исходные смеси Al–Cu трех различных составвов были подвергнуты жидкофазному спеканию в трубчатой печи при температурах 380°C и 580°C в течение 4 ч в инертной атмосфере. Согласно результатам, полученным с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, все образцы имеют однородную микроструктуру. Было обнаружено, что повышение температуры спекания увеличивает плотность композита. Добавление в композит преимущественно Cu и керамических упрочняющих частиц повысило твердость почти в 2 раза. За счет образования интерметаллидов были получены самые высокие значения твердости, например 173.73 HV, для образцов с большим содержанием Cu. В ходе испытаний на износ было обнаружено, что образцы, спеченные при высоких температурах, имеют лучшие трибологические характеристики. Так, увеличение содержания Cu улучшает фрикционное поведение образцов. Увеличение содержания Cu усиливает образование интерметаллидов в образцах с высоким содержанием Cu, спеченных при более высоких температурах, износостойкость возросла в 2–6 раз. По результатам проведенных испытаний были определены оптимальные химические составы и параметры изготовления.