И.И.Типикина¹, Ю.В.Кузьмич², С.А.Котов¹, И.Г.Колесникова², С.В.Ганин¹

1 - Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

2 - Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН

Ранее нами опубликованы результаты экспериментов по механическому легированию алюминия лигатурой, содержащей редкоземельные металлы; концентрация легирующей добавки составляла 5 и 10 мас.% [1]. Увеличение содержания редкоземельных металлов до 15 мас.% позволяет повысить эффективность захвата тепловых нейтронов при меньших удельных характеристиках композиционного материала.

В данных экспериментах, как и в работе [1], была использована никель-алюминиевая лигатура, содержащая сумму редкоземельных металлов.

Композиционный материал на основе алюминия, легированный редкоземельной никель-алюминиевой лигатурой, вполне может рассматриваться как модельный материал при изучении технологических и механических характеристик материала.

Ранее [1] было обнаружено, что полученные механически легированные порошки имеют структуру с равномерно распределенной дисперсией лигатуры уже после 100 часов обработки в барабанных шаровых мельницах при выше названных параметрах процесса механического легирования. Следует учитывать, что с увеличением содержания лигатуры, происходит измельчение составляющих порошок частиц за счет содержащихся в лигатуре интерметаллидов.

Предварительный рентгеноспектральный анализ образцов после компактирования и последующего отжига при трех температурах (300, 400 и 500°С) показал, что по мере роста температуры в материале происходит снятие микронапряжений. Руководствуясь результатом этого анализа, удалось выделить области, в которых проведен дополнительный, подробный анализ структуры материала и ее изменения.

В результате механического легирования, вследствие высоких пластических деформаций, наклёпа и образования различных химических соединений, возникают микронапряжения II рода [2], которые снимаются при отжиге. В основном напряжения II рода вызываются полями напряжений кристаллического строения и дисперсными когерентными выделениями. Они возникают, в случае механического легирования, в результате пластической деформации материала, локальном нагреве при соударениях рабочих тел с частицами обрабатываемого материала, его неоднородности и т.п.

Микронапряжения приводят к уширению дифракционных линий на рентгенограммах. Проанализированы рентгенограммы порошка после механического легирования и при различных температурах отжига компактных образцов. Используя программы Diffrac Plus Eva для рентгеновского анализа, удалось определить ширину и полуширину пика, а также смещение брэгговских углов. Ширина пиков меняется, что указывает на наличие значительных напряжений II рода после механического легирования и их уменьшении в ходе отжига.

Фазовый состав композиции после отжига при 300 и 400°С практически не изменяется, однако при тщательном анализе дифрактограммы после отжига при 4000 выявлены слабые пики, которые идентифицированы как относящиеся к возникающей фазе Al₄Сe. Очевидно, что при 4000С начинается процесс зарождения мелкодисперсной фазы Al₄Сe.

Сравнение рентгенограмм после отжига при 400 и 500°С позволило установить, что при температуре в области 500°С происходит завершение процесса снятия микронапряжений II рода, интенсивность пиков возрастает, снижается уширение.

Таким образом, полученные результаты указывают на то, что проведение отжига позволяет облегчить последующее компактирования разработанных композиционных, механически легированных материалов на основе алюминия за счет снятия микронапряжений II рода.

Использование в качестве модели редкоземельной лигатуры и полученные при этом результаты, по нашему мнению, позволяют надеяться, что последующее применение в качестве легирующих добавок индивидуальных редкоземельных металлов не скажется существенно на характеристиках подобных механически легированных композиционных материалах на основе алюминия.

По результатам проведенных исследований сделано предположение о том, что в случае применения процесса горячего прессования композиционных материалов на основе алюминия, легированных редкоземельной никель-алюминиевой лигатурой, в компактных изделиях после горячего прессования будут отсутствовать микронапряжения II рода.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кузьмич Ю.В., Фрейдин Б.М., Колесникова И.Г. и др. Механически легированный сплав Al-Ni-Ln // Перспективные материалы. 2008. №1. C.39-45.
2. Русаков А.А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона в технологии строительных и технических материалов