Влияние параметров барьерного покрытия на прочность композитов с металлической матрицей

П.В. Соловьев ORCID logo , Р.Ф. Галлямова, А.И. Гомзин показать трудоустройства и электронную почту
Получена 15 апреля 2019; Принята 08 июля 2019;
Цитирование: П.В. Соловьев, Р.Ф. Галлямова, А.И. Гомзин. Влияние параметров барьерного покрытия на прочность композитов с металлической матрицей. Письма о материалах. 2019. Т.9. №3. С.360-365
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-3-360-365

Аннотация

Исследование влияния барьерного TiO2 покрытия, нанесенного на углеродные волокна золь-гель методом, и термической обработки на прочностные свойства углеалюминиевого композита.Ввиду перспективности использования композитных материалов на металлической матрице для различного рода конструкционных применений (в частности, термонагруженных элементов авиационной и ракетно-космической техники), в последнее время все больше исследований направлено на изучение возможности управления связью на границе «волокно-матрица», которая, как правило, является слабым местом для композиционных материалов такого типа. В случае углеалюминиевых композитов, для полного раскрытия их прочностных свойств необходимо решить проблему с образованием хрупкого карбида алюминия на межфазной границе, резко снижающего механические характеристики композиционных материалов. Существует несколько способов решения данной проблемы, однако наиболее перспективным является нанесение на поверхность волокон барьерных покрытий, в частности оксидных. В настоящей работе было исследовано влияние однослойного, двуслойного и трёхслойного покрытий из диоксида титана TiO2, нанесенных на углеродные волокна при помощи золь-гель метода, и термической обработки при 150°С, 350°С и 550°С в течение 1 часа на прочность углеалюминиевых композитов при трехточечном изгибе. Было установлено, что при использовании золь-гель технологии диоксид титана покрывает поверхность волокон полностью. В микроструктуре композитов, армированных волокнами с покрытиями и без, отсутствуют поры и области без пропитки. В среднем предел прочности при изгибе для образцов углеалюминия, армированных углеродными волокнами без TiO2 покрытия, после проведения отжигов значительно возрастает, а покрытие диоксида титана в свою очередь также способствует повышению прочностных свойств углеалюминиевого композита.

Ссылки (23)

1. T. Wen, J. Gao, J. Shen, Z. Zhou. J. Mater. Sci. 36, 5923 (2001). Crossref
2. R. F. Gallyamova, S. N. Galyshev, F. F. Musin, A. G. Badamshin, V. A. Dokichev. SSP: Materials Engineering and Technologies for Production and Processing IV. 284. 1242 (2018). Crossref
3. A. Szczurek, M. Barcikowski, K. Leluk, B. Babiarczuk, J. Kaleta, J. Krzak. Materials. 10, 990 (2017). Crossref
4. W. G. Wang, B. L. Xiao, Z. Y. Ma. Compos. Sci. Technol. 72, 152 (2012). Crossref
5. Z. L. Pei, K. Li, J. Gong, N. L. Shi, E. Elangovan, C. Sun. J. Mater. Sci. 44, 4124 (2009). Crossref
6. A. Feldhoff, E. Pippel, J. Woltersdorf. Adv. Eng. Mater. 2 (8), 471 (2000). <471::AID-ADEM471>3.0.CO;2-S. Crossref
7. Z. Yunhea, W. Gaohuia. Rare Metals. 29 (1), 102 (2010). Crossref
8. M. H. Vidal-Se´tif, M. Lancin, C. Marhic, R. Valle, J.-L. Raviart, J.-C. Daux, M. Rabinovitch. Mater. Sci. Eng. A. 272, 321 (1999). Crossref
9. X. Wang, D. Jiang, G. Wu, B. Li, P. Li. Mater. Sci. Eng. A. 497, 31 (2008). Crossref
10. T. Matsunaga, K. Matsuda, T. Hatayama, K. Shinozaki, S. Amanuma, M. Yoshida. J. jpn. I. met. 56 (2), 105 (2006). Crossref
11. T. Matsunaga, K. Ogata, T. Hatayama, K. Shinozaki, M. Yoshida. J. jpn. I. met. 56 (4), 226 (2006). Crossref
12. M. Gude, A. Boczkowska. Textile reinforced carbon fibre-aluminium matrix composites for lightweight applications. Cracow, Foundry Research Institute (2014) 235 p.
13. J. Mikuni, K. Nonokawa, T. Matsunaga, K. Shinozaki, M. Yoshida. J. jpn. I. met. 58 (1), 27 (2008). Crossref
14. J. K. Yu, H. L. Li, B. L. Shang. J. Mater. Sci. 29 (10), 2641 (1994). Crossref
15. J. P. Clement, H. J. Rack, K. T. Wu, H. G. Spencer. Mater. Manuf. Process. 5 (1), 17 (1990). Crossref
16. M. I. Valuyeva, I. V. Zelenina, M. A. Khaskov, A. I. Gulyayev. Trudy VIAM. 10 (58), 79 (2017). (in Russian) [М. И. Валуева, И. В. Зеленина, М. А. Хасков, А. И. Гуляев. Труды ВИАМ. 10 (58), 79 (2017).].
17. H. Hu, B. Pang, Y. Zhu, Y. Fu. Text. Res. J. 87 (18), 1 (2016). Crossref
18. S. Galyshev, A. Gomzin, F. Musin. Mater. Today. Proc. 11, 281 (2019). Crossref
19. Yu. S. Pervushin, P. V. Solovyev. Vestnik Samarskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Seriya «Tekhnicheskiye nauki». 1 (33), 99 (2012). (in Russian) [Ю. С. Первушин, П. В. Соловьев. Вестник Самарского Государственного Технического Университета. Серия «Технические науки». 1 (33), 99 (2012).].
20. S. Li, L. Qi, T. Zhang, L. Ju, H. Li. Micron. 101, 170 (2017). Crossref
21. M. Vedula, R. N. Pangborn, R. A. Queeney. Composite. 19 (1), 55 (1988). Crossref
22. A. Öchsner, G. E. Murch. Heat Transfer in Multi-Phase Materials. Springer, Berlin Heidelberg (2011) 460 p. Crossref
23. H.-D. Steffens, B. Reznik, V. Kruzhanov, W. Dudzinski. J. Mater. Sci. 32, 5413 (1997). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований -  no. 18‑33‑00351