Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

Е. С. Прусов, доцент кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов», канд. техн. наук, доцент

А. В. Аборкин, преподаватель кафедры «Технология машиностроения», канд. техн. наук, доцент

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия³
В. Б. Деев*, главный научный сотрудник¹, профессор факультета машиностроения и автоматизации², профессор кафедры обработки металлов давлением³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

*Корреспондирующий автор.

Работа направлена на установление возможных изменений характера межфазного взаимодействия на различных итерациях переплава для уточнения механизмов металлургических процессов при рециклинге литых композиционных материалов системы Al – Si – B₄C. Исследование особенностей межфазных реакций между компонентами литых композиционных материалов проводили с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). В ходе пилотных измерений было установлено, что наличие неразделенных тепловых эффектов с близкими температурными характеристиками ограничивает их различимость при таком общем представлении. Для повышения степени детализации было использовано представление результатов в виде фрагментов кривых ДСК в температурных интервалах, соответствующих выявленным тепловым эффектам на полной кривой ДСК. В некоторых случаях, когда увеличение масштаба было недостаточным для выделения слабых тепловых эффектов, наблюдаемых только при охлаждении, были построены дополнительные кривые первой производной кривой нагревания (dДСК), которые являются функцией скорости изменения температуры. Проведенный анализ кривых ДСК позволил определить характеристические температуры и выделяемое или поглощаемое тепло для процессов плавления – кристаллизации литых композиционных материалов АК12оч + 10 % (об.) B₄C на разных итерациях повторных переплавов при контролируемом нагреве или охлаждении.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №21-79-10432, https://rscf.ru/project/21-79-10432/. Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП ФМИ ИОНХ РАН. Авторы выражают глубокую благодарность канд. хим. наук А. В. Хорошилову за всестороннюю помощь в проведении исследований методом дифференциальной сканирующей калориметрии.

1. Surappa M. K. Aluminium matrix composites: challenges and opportunities // Sadhana – Academy Proceedings in Engineering Sciences. 2003. Vol. 28, Iss. 1–2. P. 319–334.
2. Chawla N., Shen Y.-L. Mechanical behavior of particle reinforced metal matrix composites // Advanced Engineering Materials. 2001. Vol. 3, No. 6. P. 357–370.
3. Dasgupta R. Aluminium alloy-based metal matrix composites: a potential material for wear resistant applications // ISRN Metallurgy. 2012. Vol. 2012, No. 2. P. 1–14.
4. Prasad S. V., Asthana R. Aluminum metal-matrix composites for automotive applications: Tribological considerations // Tribology Letters. 2004. Vol. 17, Iss. 3. P. 445–453.
5. Mavhungu S. T., Akinlabi E., Onitiri M., Varachia F. M. Aluminum matrix composites for industrial use: advances and trends // Procedia Manufacturing. 2016. Vol. 7, No. 3. P. 178–182.
6. Suthar J., Patel K. M. Processing issues, machining, and applications of aluminum metal matrix composites // Materials and Manufacturing Processes. 2018. Vol. 33, Iss. 5. P. 499–527.
7. Kumar A., Rai R. N. Fabrication, microstructure and mechanical properties of boron carbide (B4Cp) reinforced aluminum metal matrix composite – A review // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 377. Article ID 012092.
8. Domnich V., Reynaud S., Haber R. A., Chowalla M. Boron carbide: structure, properties, and stability under stress // Journal of the American Ceramic Society. 2011. Vol. 94. P. 3605–3628.
9. Baradeswaran A., Elaya Perumal A. Influence of B4C on the tribological and mechanical properties of Al 7075–B4C composites // Composites Part B: Engineering. 2013. Vol. 54, Iss. 1. P. 146–152.
10. Akkas A., Tugrul A. B., Buyuk B., Addemir A. O. et al. Shielding effect of boron carbide aluminium metal matrix composite against gamma and neutron radiation // Acta Physica Polonica A. 2015. Vol. 128, Iss. 2. P. 176–179.
11. Ghayebloo M., Mostaedi M. T., Rad H. F. A review of recent studies of fabrication of Al–B4C composite sheets used in nuclear metal casks // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2022. Vol. 75. P. 2477–2490.
12. Kalaiselvan K., Murugan N., Parameswaran S. Production and characterization of AA6061-B4C stir cast composite // Materials and Design. 2011. Vol. 32, Iss. 7. P. 4004–4009.
13. Zhang Z., Fortin K., Charette A., Chen X.-G. Effect of titanium on microstructure and fluidity of Al-B4C composites // Journal of Materials Science. 2011. Vol. 46. P. 3176–3185.
14. Lin Q., Shen P., Zhang D., Jiang Q. Wetting of polycrystalline B4C by molten Al at 1173–1473 K // Scripta Materialia. 2009. Vol. 60. P. 960–963.
15. Viala J. C., Bouix J., Gonzalez G., Esnouf C. Chemical reactivity of aluminium with boron carbide // Journal of Materials Science. 1997. Vol. 32. P. 4559–4573.
16. Mazahery A., Shabani M. O. Sol–gel coated B4C particles reinforced 2024 Al matrix composites // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2011. Vol. 226, Iss. 2. P. 159–169.
17. Prusov E. S., Deev V. B., Shurkin P. K., Arakelian S. M. The effect of alloying elements on the interaction of boron carbide with aluminum melt // Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 50, No. 1. P. 27–33.
18. Prusov E. S., Deev V. B., Aborkin A. V., Bokaryov D. V., Kireev A. V. Metallurgical processes at the recycling of aluminum matrix composites via direct remelting // Metallurgist. 2022. Vol. 66, Iss. 7–8. P. 989–1000.
19. Прусов Е. С., Панфилов А. А., Аракелян С. М., Деев В. Б., Лесив Е. М. Технологические особенности получения литых алюмоматричных композиционных материалов с карбидом бора методом механического замешивания // Литейное производство. 2021. № 12. С. 12–16.
20. Pyzik A. J., Beaman D. R. Al-B-C Phase development and effects on mechanical properties of B4C/Al-derived composites // Journal of the American Ceramic Society. 1995. Vol. 78, No. 2. P. 305–312.
21. Van Setten M. J., Fichtner M. On the enthalpy of formation of aluminum diboride, AlB2 // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 477, No. 1–2. P. L11–L12.
22. Hu Q., Guo W., Xiao P., Yao J. First-principles investigation of mechanical, electronic, dynamical, and thermodynamic properties of Al3BC // Physica B: Physics of Condensed Matter. 2021. Vol. 616. Article No. 413127.