ДОСЛІДЖЕННЯ ОДЕРЖАННЯ КОМПОЗИТІВ З НІТРИДОМ БОРУ НА ОСНОВІ ЧИСТОГО АЛЮМІНІЮ ЛИВАРНИМИ ТЕХНОЛОГІЯМИ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-3-3Ключові слова:
алюмоматричні композити, лиття з перемішуванням, алюміній, нітрид бору, структура.Анотація
Мета роботи. Основною метою дослідження було оцінити можливість одержання алюмоматричних композитів (АМК) на основі чистого алюмінію з армуванням нітридом бору за допомогою ливарних технологій, зокрема методу лиття з перемішуванням. Такий підхід обрано завдяки його технологічній простоті, відносно низькій вартості та потенційній масштабованості до промислових умов.
Методи дослідження. Для аналізу розподілу та морфології армуючих частинок застосовано мікроструктурний металографічний аналіз за допомогою оптичної мікроскопії. Хімічний склад композитів визначали методами рентгенофлуоресцентного аналізу та іскрової оптично-емісійної спектрометрії. Це дозволило отримати достовірні дані щодо вмісту та засвоєння частинок нітриду бору в алюмінієвій матриці, а також оцінити вплив додаткових легуючих елементів (Ni, Sn, Zr) на структуру композиту.
Отримані результати. Експериментальні зразки АМК з вмістом 1–3 % (мас.) BN були отримані методом лиття з перемішуванням, у тому числі із застосуванням флюсів і легуючих елементів за різних умов плавки. У структурах композитів виявлено частинки BN, рівномірно розподілені в матриці, проте їх фактичний вміст становив лише 7-15% від кількості, внесеної у шихту. Встановлено, що ефективність засвоєння BN суттєво залежить від складу розплаву (вмісту армуючих частинок, наявності флюсів і мікролегуючих елементів), а також від технологічних параметрів плавки (температура перегріву, тривалість перемішування). Досліджено пористість отриманих композитів: введення BN значно її збільшує, тоді як наявність Sn знижує пористість завдяки утворенню евтектики.
Наукова новизна. Одержано нові дані щодо можливості виплавки алюмоматричних композитів на основі чистого алюмінію з нітридом бору технологією перемішування розплаву з використанням флюсу та мікролегуючих добавок, які підвищують засвоєння нітриду бору.
Практична цінність. Результати роботи доповнюють наявні відомості про виплавку алюмоматричних композитів та пояснюють відсутність досліджень саме з чистим алюмінієм як матрицею. Також отримані дані можуть бути використані для оптимізації ливарних технологій виготовлення таких композитів.
Посилання
Ujah, C. O., & Kallon, D. V. V. (2022). Trends in aluminium matrix composite development. Crystals, 12(10), 1357. https://doi.org/10.3390/cryst12101357
Bhowmik, A., Kumar, R., Beemkumar, N., Ku-mar, A. V., Singh, G., Kulshreshta, A., Mann, V. S., & San-thosh, A. J. (2024). Casting of particle reinforced metal matrix composite by liquid state fabrication method: a review. Results in engineering, 24, 103152. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103152
Singhal, V., Shelly, D., Saxena, A., Gupta, R., Verma, V. K., & Jain, A. (2025). Study of the influence of nanoparticle reinforcement on the mechanical and tribo-logical performance of aluminum matrix composites: a review. Lubricants, 13(2), 93.
https://doi.org/10.3390/lubricants13020093
Likhatskyi, R., Voron, M., Narivskyi, A., Tverdokhvalov, V., Likhatskyi, I., & Matviiets, Ye. (2025). Aluminum matrix composites based on casting aluminum alloys with oxides and carbides [in Ukrainian]. Casting processes, 1(159), 48–64.
https://doi.org/10.15407/plit2025.01.048
Kim, C.-S., Cho, K., Manjili, M. H., & Nezafati, M. (2017). Mechanical performance of particulate-reinforced Al metal-matrix composites (MMCs) and Al metal-matrix nano-composites (MMNCs). Journal of materials science, 52(23), 13319–13349.
https://doi.org/10.1007/s10853-017-1378-x
Sathiyaraj, S., Selvababu, B., Maqsood, A., Baskar, B., & Harsha, V. (2019). Fabrication and micro-structure examination of Al-SiC MMCs via stir casting technique. International journal of innovative technology and exploring engineering, 9(2S4), 461–464.
https://doi.org/10.35940/ijitee.b1213.1292s419
Jia, S., Xuan, Y., Nastac, L., Allison, P. G., & Rush-ing, T. W. (2016). Microstructure, mechanical properties and fracture behavior of 6061 aluminium alloy-based nanocomposite castings fabricated by ultrasonic pro-cessing. International journal of cast metals research, 29(5), 286–289.
https://doi.org/10.1080/13640461.2016.1181232
Kataria, M., & Mangal, S. K. (2018). Characteri-zation of aluminium metal matrix composite fabricated by gas injection bottom pouring vacuum multi-stir casting process. Metallic materials, 56(4), 231–243. https://doi.org/10.4149/km_2018_4_231
Garapati, P. K., Dumpala, L., & Rao, Y. S. R. (2024). Effect of TiC and BN nanoparticles on mechani-cal and microstructural characteristics of Al7085 hybrid nanocomposites. Composites theory and practice, 24(1), 57–64. https://doi.org/10.62753/ctp.2024.08.1.1
Singh, H., Singh, K., & Vardhan, S. (2023). En-hancing aluminum matrix composites with hexagonal boron nitride (h-BN) particulates. Journal of computers, mechanical and management, 2(5), 22–30.
https://doi.org/10.57159/gadl.jcmm.2.5.23089
Ertug, B. (Ed.). (2013). Sintering applications. InTech. https://doi.org/10.5772/56064
Zitoun, E., & Reddy, C. (2008). Microstructure-property relationship of AA3003/boron nitride particle-reinforced metal matrix composites cast by bottom-up pouring. In 6th national conference on materials and manufacturing processes, 115–119.
Reddy, B. S., Chidambaram, K., & Kandasamy, J. (2020). Potential assessment of Al 7075/BN composites for lightweight applications. In Proceedings of interna-tional conference on recent trends in mechanical and materials engineering: AIP Publishing.
https://doi.org/10.1063/5.0025069
Saito, Y., Todoroki, H., Kobayashi, Y., Shiga, N., & Tanaka, S.-I. (2018). Hot-cracking mechanism in Al-Sn alloys from a viewpoint of measured residual stress distri-butions. Materials transactions, 59(6), 908-916. https://doi.org/10.2320/matertrans.m2018011
Taranets, N., Nizhenko, V., Poluyanskaya, V., & Naidich, Yu. (2002). Ge-Al and Sn-Al alloys capillary properties in contact with aluminum nitride. Acta materialia, 50(20), 5147–5154.
https://doi.org/10.1016/s1359-6454(02)00383-x
Kozana, J., Piękoś, M., Garbacz-Klempka, A., & Perek-Nowak, M. (2022). The effect of tin on microstruc-ture and properties of the Al-10 wt.% Si alloy. Materials, 15(18), 6350.
https://doi.org/10.3390/ma15186350
Khatibi, Kayvan. (2019). The characterization of eutectic Al-Si casting alloy with addition of tin. Thesis (m.s.), Eastern Mediterranean university, Institute of graduate studies and research, Dept. of mechanical engi-neering, Famagusta: Cyprus.
Sadawy, M., Metwally, H. A., Abd El-Aziz, H., Adbelkarim, A., Mohrez, W., Mashaal, H., & Kandil, A. (2022). The role of Sn on microstructure, wear and corro-sion properties of Al-5Zn-2.5Mg-1.6Cu-xSn alloy. Mate-rials research express.
https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac8cd2
Callegari, B., Lima, T. N., & Coelho, R. S. (2023). The influence of alloying elements on the microstructure and properties of Al-Si-based casting alloys: a review. Metals, 13(7), 1174. https://doi.org/10.3390/met13071174
Okamoto, H. (2004). Al-Ni (Aluminum-Nickel). Journal of phase equilibria & diffusion, 25(4), 394. https://doi.org/10.1361/15477030420232
Li, D., Geng, Z., Hui, C., Gan, Y., Zhang, J., Pan, P., Shu, Z., Li, X., Chen, C., Liu, J., Song, M., & Zhou,
K. (2025). Remarkable enhancement of strength and thermal stability of an additively manufactured Al-Mn-Sc-Zr alloy by Fe addition. Journal of alloys and com-pounds, 179630. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.179630
Mohammadtaheri, M. (2012). A new metallo-graphic technique for revealing grain boundaries in alu-minum alloys. Metallography, microstructure, and analy-sis, 1(5), 224–226.
https://doi.org/10.1007/s13632-012-0033-9
Kishore, R., Karthick, G., Vijayakumar, M. D., & Dhinakaran, V. (2019). Analysis of mechanical behav-iour of natural filler and fiber based composite materials. International journal of recent technology and engineer-ing, 8(1S2), 117–121.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
