Металлические композиционные материалы с дисперсным упрочнителем, страница 32

Процесс механического легирования (МЛ) был разработан Бенджамином Дж.С. в конце 1970-х годов. МЛ- это процесс совместного размола смеси порошков различных веществ, во время которого для получения гомогенного сплава или смеси необходим обмен веществом между компонентами (если обмен веществом не требуется, то процесс называется механическим измельчением). МЛ – это процесс, протекающий при высокоэнергетическом размоле металлического порошка совместно с одним или несколькими шихтовыми компонентами и позволяющий получать порошки или гранулы материала с уникальными свойствами.

При высокоэнергетической обработке материала в измельчающем аппарате происходит ряд физико-химических явлений и формирование уникальной микроструктуры материала. Основу МЛ составляют следующие процессы:

­  под воздействием размольных тел в зоне деформации возникают повышенные температуры (за счет химических реакций, окисления свежих поверхностей, например, в алюминии температура может повышаться на 120° С);

­  возникают сдвиговые деформации и высокие давления на контакте трущихся поверхностей (до 1,5 – 1,8 ГПа);

­  из-за пластической деформации гранул ускоряются процессы массопереноса в них (скорость диффузии может возрастать на несколько порядков);

­  могут быть инициированы химические реакции (например, образование карбидов Al₄C₃);

­  возможен распад или пресыщение твердого раствора;

­  высокие давления могут вызвать измельчение высокопрочных частиц упрочнителя и формирование тонкой дислокационной структуры в матричном сплаве композиционного материала;

­  под действием температуры и давления происходит сварка отдельных гранул.

Процесс МЛ состоит из нескольких стадий, однако стадии не имеют четких границ, и могут протекать одновременно, но последовательность формирования структуры материала в целом соответствует схеме (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема формирования КМ в процессе МЛ

На рис. 3.3 (а) изображены исходные компоненты в виде частиц двух пластичных металлов или сплавов, обозначенные Металл А и Металл Б, крупная частица интерметаллидного соединения, которая может растворятся в обоих металлах, а также дисперсные частицы, инертные к остальным исходным. На первой стадии (а и б) происходит перемешивание исходных компонентов, их деформация, разрушение и сварка. Из-за деформации пластичные компоненты приобретают пластинчатую и чешуйчатую форму, а хрупкие интерметаллиды дробятся (б). Сварка частиц приводит к укрупнению и образованию многокомпонентных гранул со слоистой структурой (в). Сварка и разрушение гранул протекают одновременно, частицы хрупких компонентов попадают в зазоры между пластинами и чешуйками.