Сотрудники лаборатории физики консолидации порошковых материалов Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН исследовали зависимость механических свойств спечённого дисперсно-упрочненного сплава Al-40Sn от способа введения в него частиц упрочняющей фазы.

Проанализированы два типа порошковых смесей: в одной, помимо порошков алюминия и олова, содержался порошок чистого железа в количестве от 5.5 до 14.6 % вес., а в другой – помимо элементарных порошков Al и Sn содержался порошок алюминида FeAl₃. Атомный состав смесей был одинаков, объёмная доля олова также оставалась неизменной во всех смесях – 20 %. В работе обсуждаются механизмы формирования структуры композитов Al-Fe-Sn при жидкофазном спекании порошковых смесей и её влияние на трибомеханические свойства материалов.

Спечённый материал во всех случаях представлял собой композит, содержащий три фазы: a-Al, b-Sn и FeAl_3. Механические испытания показали, что с увеличением содержания железа, независимо от способа его введения в состав спекаемых образцов, прочность спечённых композитов возрастала, а пластичность снижалась. Установлено, что добавление в спекаемую смесь готовых частиц FeAl₃ более благоприятно сказывается на механических свойствах полученных композитов, нежели введение в смесь порошков чистого железа.

Трибологические испытания спечённых композитов показали, что твердые частицы FeAl₃ в их составе снижают абразивный износ поверхности стального контртела при сухом трении, что с практической точки зрения имеет большое значение, поскольку замена изношенного вала сложнее и обходится гораздо дороже замены подшипника.

Предел прочности полученных в данной работе композитов достигал 180 МПа, при сохранении их высокой пластичности. Данный факт позволяет рассматривать полученные композиты в качестве антифрикционных материалов, пригодных для изготовления подшипников скольжения, способных заменить в узлах трения подшипники из тяжёлых и дорогостоящих бронз.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0006. По итогам исследования опубликована статья в журнале Metals.

Источник: ИФПМ СО РАН