Раздел  «Машиностроение.  Металлургия»

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
идентификация  которых  не  может  быть  однозначной 
из-за  малых  содержаний  и  присутствия  только  1-2 
дифракционных 
рефлексов 
или 
плохой 
окристаллизованности. 
Экспериментальная  часть и обсуждение 
Идентифицирование  компонентов  порошковых 
проб  проводилось  по  морфологиям  термических 
кривых  и  численных  значений  интенсивностей  эндо  – 
и  экзотермических  эффектов  с  использованием 
сопряженных 
с 
ними 
термогравиметрических 
показаний 
ТG-линий. 
Результаты 
анализа 
сравнивались  с  данными  приведенных  в  атласах 
термических  кривых  минералов  и  горных  пород  и 
сопоставлялись 
с 
описаниями 
термического 
поведения  мономинеральных  проб,  изложенных  в 
других  справочных  источниках  и  накопленных  в 
банке 
данных 
лаборатории, 
проводившей 
эти 
исследования  [2]. 
ТА  своими  термохимическими  параметрами 
показал  соответствие  состава  образцов  с  реальными 
смесями  и  подтвердил  степень  концентрации  в  них 
серы. 
Термическое  поведение  шихт карбонатов свинца с 
различным  содержанием  серы  отличается  между 
собой.  Взаимодействие  в  системе  происходит  после 
плавления  серы,  о  чем  свидетельствует  наличие  на 
кривой  ДТА  в  интервале  температур  90-170°С 
сдвоенного  эффекта,  относящегося  к  полиморфному 
превращению и плавлению  (рисунок 1).  
Взаимодействие  сопровождается  интенсивным 
выделением  газов,  при  200-320°С  (ТG  и  ДTG)  и  выше 
начинается  окисление  продукта  –  сульфида  свинца  с 
кислородом  воздуха,  о  чем  свидетельствует  прибавка 
к  массе  промежуточного  продукта  термической 
обработки.  В  результате  окисления  образуются 
сульфаты  свинца  различной  основности,  которые 
выявлены  методом РФА (таблица  1).   
При  различных  содержаниях  серы  в  шихте 
величины  эффектов  по  интенсивности  отличаются, 
что 
может 
быть 
следствием 
вышесказанного 
предположения. 
 
Таблица 
1 
–  Результаты  полуколичественного 
рентгенофазового 
анализа 
кристаллических 
фаз 
образца (ПК  РФА) 
Cоединения 
Формула 
% 
Сульфат  свинца 
Pb SO  
 
Оксисульфат  свинца 
Pb O S O  
 
Англезит 
PbSO  
 
 
Аналогичная  картина  наблюдается  на  кривых 
дерриватограммы  термохимического  взаимодействия 
оксидов  (рисунок  2)  и  сульфатов  свинца (рисунок 3) с 
различным количеством серы. 
Взаимодействие  протекает  при  тех  же  интервалах 
температур  с  выделением  газов  –  оксидов  серы.  В 
конечном  продукте  обжига  также  обнаружены 
сульфатные соединения свинца (таблица  2). 
 
Таблица 
2 
–  Результаты  полуколичественного 
рентгенофазового 
анализа 
кристаллических 
фаз 
образца (ПК  РФА) 
Соединения 
Формула 
% 
Ланаркит  
Pb OSO  
 
Англезит   
PbSO  
 
 
Видимо, 
совпадение 
температур 
начала 
взаимодействия  связано  с  единством  механизма 
реакции – разрывом связи Pb – O и образованием PbS. 
В  связи  с  переходом  компонентов  шихты  в  новые 
структурные  образования  PbSO ,  Pb OSO  (таблица 3), 
термические  кривые  в  пределах  200-500°С  осложнены 
весьма  интенсивными  проявлениями,  требующими,  в 
этой 
связи, 
привлечения 
рентгеноструктурных 
анализов. 
 
Таблица 
3 
–  Результаты  полуколичественного 
рентгенофазового 
анализа 
кристаллических 
фаз 
образца 
Соединения 
Формула 
% 
Англезит   
PbSO  
 
Ланаркит  
Pb OSO  
 
 
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
 
Рисунок 1 – Дериватограмма системы PbСO :S=1:0.5 
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
Рисунок 2 – Дериватограмма системы PbO:S=1:0.5 
 
 
Рисунок 3 – Дериватограмма системы PbSO :S=1:0.5 
Выше  пределов  этих  температур  указанные 
системы,  в  большинстве  случаев,  ведут  себя  как 
сульфаты различной степени окисления. 
Термическое  поведение  системы  PbSO -S,  PbCO -
S,  PbO-S  показало,  что  основные  эффекты  по 
интенсивности  и  по  количеству  выделяющихся  газов 
отличаются,  в  то  же время взаимодействие начинается 
при  одинаковой  температуре  –  200°С.  Эти  факты 
свидетельствуют  о  возможности  единства  механизма 
сульфидирования взятых  соединений свинца серой.  
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.
 
Топор  Н.Д., Огородова Л.П., Мельчакова Л.В. Термический анализ минералов и неорганических соединений. М.: МГУ, 
1987. 188 с. 
2.
 
Блохин  М.А., Швейцер И.Г. Рентгеноспектральный справочник. М.: Наука, 1982. 376 с. 
 
 
ӘОЖ 621.763 
 
Сұйықфазалы технологияны қолдану 
арқылы алюмоматрицалық 
нанокомпозиттерден бұйымдар алу 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 

 
 
 
 
Г.А. КОСНИКОВ , т.ғ.д., профессор,   
Д.К. ИСИН , т.ғ.к., доцент,  
А.А. КУСЖАНОВА , докторант,  
А.А. МУРЗАХМЕТОВА ,  магистрант,  
Б.Д. ИСИН , магистрант,  
Санкт-Петербург  мемлекеттік политехникалық  университеті, 
Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, 
Томск политехникалық  университеті 
 
Кілт  сөздер:  композит,  қасиет,  технология,  фаза,  шойын, қышқыл, синтез, алюминий, адгезия, матрица, 
қорытпа,  ұнтақ,  тиксотехнология,  құйма,  құрылым, нанобөлшек, микромөлшер, түрлендіру, тиксоқалыптау, 
кристалдау.
 
 
еталл  матрицалық  композиттердің  зерттеуі  және 
ӛңдеуіне  экономикалық  дамыған  мемлекеттер 
дәстүрлі  технологияны  қолдану  бойынша  ала  алмай-
тын  материалдар  және  конструкциялық  материалдар 
класында  алынатын  механикалық  және  эксплуатация-
лық  қасиеттер  кешені  арқасында  айтарлықтай  кӛңіл 
бӛлуде.  
Алу  әдісі  бойынша  композиттердің  екі  түрі  ажы-
ратылады:  жасанды  және  табиғи.  Жасандыға  тӛзімдеу-
ші  дисперсиялық  фазаға  не  жасанды  түрде  сырттан 
енгізілетін,  не  матрицалық  балқытпаға  жасанды  енгізі-
летін  реагенттермен  әрекеттесетін  композиттер  жата-
ды.  Табиғи  композиттерге  табиғи  түрде  болып  жатқан 
біріншілік  кристалдану  жағдайында  дисперсиялық  фа-
за  қалыптасатын  қоспалар  жатады.  Әдетте  табиғи  ком-
позиттер  болып  графиттелген  шойындар  саналады. 
Сонымен  қатар,  табиғи  композиттер  жасанды  компо-
зиттер  алуға  тән  технологияны  қолдануы  бойынша 
қасиетін  жоғарлататын  объект  те  бола  алады,  деген-
мен,  тек  жасанды  композиттер  бірегей  қасиеттері  бар 
перспективалы  материалдар  болып қарастырылады.   
Талшықпен  немесе  жіп  тәрізді  кристалдармен  ор-
натылған  композиттер,  сонымен  қатар,  қабатты  ком -
позиттер  ӛндірісте  кеңінен  қолданылады,  олар  дайын-
дау  технологиясында  оңай  қолданылатынмен  ерекше-
ленеді  және  бұйымды  эксплуатациялау  жағдайында 
олардың  тәртібін  болжау,  ӛңдеу,  қорытындылау  кезін-
де  айтарлықтай  зерттелген  ғылыми  негіздері  болады. 
Бұл  композиттер  едәуір  жақсы  қаситеттерімен  ерек-
шеленеді  (жоғарғы  салыстырмалы  беріктік,  қаттылық, 
тӛзімділік,  қажу беріктілігі  және т.б.). 
Конструкциялық  материалдарды  қолдану  облысы 
мен  технологиялық  мүмкіндіктері  бойынша  жан-жақ-
тысы  –  беріктендірушісі  дисперсті  бӛлшектер  болып 
табылатын  дисперсті-беріктендірілген  композиттер. 
Композиттердің  бұл  түріне  негізі  құйылған  немесе  де-
формацияланған қорытпалар болатын, ал арматуралау-
шы  элементі  –  жасанды  енгізілетін  дисперстік  бӛлшек-
тер  болатын  металл  матрицалық  композиттік  қорытпа-
лар  (МКҚ)  жатады.  Сонымен  бірге,  ереже  бойынша 
микрометриялық  мӛлшерлердің  беріктендірушісі  ре-
тінде  беріктігі  жоғары  баяу  балқитын,  қышқылдардың, 
карбидтердің,  боридтердің,  нитридтердің  жоғарғымо-
дульді  бӛлшектері  қолданылады.  Химиялық  белсенді 
металдарды,  газдарды  немесе  химиялық  қоспаларды 
енгізу  кезінде  қорытпада  болатын  химиялық реакцияда 
қорытпамен  дымқылдандырылған  және  термодинами-
калық беріктенген  арматуралық фазалар құрады [1]. 
Іс  жүзінде  процестердің  ӛзгешелігі  –  алюминий 
қорытпасында  арматуралаушы  бӛлшектердің  синтезі 
үшін  қолданылатын  әр  түрлі  беріктендіргіштер  компо-
зиттерді  алу  процесі,  сонымен  бірге  оның қарапайым -
дылығы  және  экологиялық  пайдалылығы,  алюминий 
матрицасымен  беріктендіргіш  бӛлшектердің  жақсы 
адгезиясы  және  осы  бӛлшектердің  матрицадағы  бір-
келкі  орналасуы болып табылады  [2,3]. 
Матрицалық  қорытпаның  құрамын,  мӛлшерін, 
арматуралаушы  фазаның  табиғатын  таңдаудың  басты 
белгісі  –  дайын  бұйымдарды  эксплуатациялау  проце-
сіндегі  құрылымына  деген  талаптар.  Бұл  МКҚ-дан 
бұйымдар  алу  кезінде  технологиялық  шешімдердің 
толықтығы  мен кӛпнұсқалылығын  болжайды. 
–  МКҚ  ӛндірісінің  үш  негізгі  технологиялық  сыз-
басы қолданылады: 
–  импеллер  немесе  магнитті-динамиттік  аралас-
тырғыш  кӛмегімен  қарқынды  араластыру  кезінде  бал-
қытпаға  бӛлшектер  енгізу; 
–  матрицалық  балқытпаға  дисперстік  бӛлшектерді 
сіңдіру; 
– ұнтақтық  технология. 
Әр  түрлі  ӛндірістік  кӛлемі  бар  бірқатар  шетел 
фирмалары  кӛбіне  алюминий,  сонымен  қатар  берік-
тендіргіш  компоненттер,  әсіресе  SiC  және  Al O   база-
сында  жасалған  композиттер  жасауға  маманданды-
рылған  және  авиағарыш  пен  әскери  техника бұйымда-
рында  баяу  балқитын  бӛлшектермен  беріктендірілген 
композиттерді  кеңінен  қолданады. 
Ұнтақтық  технологияны  матрицалық  қорытпаның 
бастапқы  ұнтағын  және  қатты  күйдегі  арматуралаушы 
компоненттерді  тығыздау  жолымен  алудан  басқа  қал-
ған  үш  технологиялық  сызба  сұйықфазалы  техноло-
гияны,  яғни  МКҚ-ны  алуға  арналған  балқытпаны,  қол-
дануымен байланысты. 
МКҚ-ны  ӛндіру  және  қолданудың  келешегі  тура-
лы  сұрақты  қарастырғанда,  берілген  қасиет  деңгейі-
мен  композиттерді  ӛндіру  міндеті  осы композиттерден 
дайын  бұйымды  алудың  бір  бӛлігі  ғана  екенін  ескеру 
қажет.  Сондықтан,  стандартты  үлгілерді  сынау  қоры-
тындысының  бағасы  бойынша  композиттердің  нақты 
қасиетінің  жоғарғы  деңгейі  әрдайым  берілген  мате-
риалдың  конструкциялық  беріктік  кӛрсеткіші  ретінде 
қарастырыла  алмайды.  Әлбетте,  мысалы,  бӛлшек  жұ-
мысының  нақты  шартын  және  оны  дайындау техноло-
гиясын  білмей  қызуға  берік  композитті  ӛндіре  алмай-
мыз.  Тәртіп  бойынша,  қасиеттің  оңтайлы  мағынасын 
немесе  дайын  бұйымның жұмысқа қабілеттілігін анық-
М
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
тайтын  ӛзара  байланысты  қасиеттер  тобына бейімделу 
керек.  Сонымен  бірге,  дәстүрлі  материалдардан  ком -
позиттерге  ауыстырылатын  бұйымға  қатысты  жаңа 
құрылыстық  шешімдер қажет  болуы мүмкін. 
МКҚ-ны  жасап,  оны  зерттеуге  арналған  жұмыс-
тың  кӛптігіне  қарамастан,  оны  қолдану  ӛндірістің 
жартылай  ӛнеркәсіп  кезеңінен  іс  жүзінде  шыққан  жоқ. 
Бұл  жайттың  себептерінің  бірі,  әр  түрлі  массадағы жә-
не  күрделі  ішкі  қуыстары  бар  ӛлшемдегі  бұйым  үлгі-
сін  алуда  МКҚ-ны  қолдану  мүмкіндігінің  шектеулі  бо-
луы.  Кӛзқарас бойынша, әмбебаптылығының арқасын-
да  құю  формаларын  сұйық  күйдегі  қорытпалармен 
толтыратын  дәстүрлі  құю  технологиясы  және  форма-
ларды  екіфазалы  қалыптағы  қорытпамен  толтыратын 
тиксотехнология  тиімдірек  болып келеді. 
Сӛйтіп,  МКҚ  алуда  сұйықфазалы  технологияны 
қолдану  мәселесі  ӛзара  үш  міндетті  орындаумен  бай-
ланысты:   
1) берілген  деңгейде  механикалық  және  эксплуа-
тациялық  қасиеттері  бар  МКҚ-ны  алу  және  ӛндіру, 
яғни құйылған  МКҚ; 
2) анықталған  деңгейде  құю  қасиеттері  бар  МКҚ-
ны алу және ӛндіру, яғни құю МКҚ; 
3) сұйық  немесе  екіфазалы  қалыпта  үлгіжасаушы 
қуысқа  тасымалдау  кезінде  МКҚ-дан  бұйым  үлгілерін 
алудың әдісін  ӛндіру. 
Құю  МКҚ-ның  ерекшелігі  құйманы  дәстүрлі  әдіс-
термен  (гравитациялық  құйма,  қысыммен  құю  және 
т.б.)  алу  кезінің  барлық  кезеңдерінде  балқытпаның 
барлық  кӛлемінде  дисперсті  бӛлшектерді  орналасты-
рудың  бірқалыптылығын  қамтамасыз  ету  қажеттілігі: 
балқытпаға  бӛлшектерді  енгізуде,  аралық  (құю)  құ-
рылғыны  сұйық  күйде  ӛңдеуде;  құю  жүйесіндегі  қоз-
ғалысы кезіңде  және формада құйманың қалыптасуы. 
Алюминий  және  магний  базасындағы  МКҚ  ӛнер-
кәсіптің  түрлі  саласында  тӛмен  салыстырмалы  салма-
ғының  және  қасиетінің  (тӛзімділік,  қаттылық,  байла-
нысу  беріктігі,  ыстыққа  беріктігі,  тасымалдау  қасиеті 
және  т.б.)  жоғары  деңгейінің  арқасында  перспектива-
лы материал болып келеді. 
Қазіргі  кезде  алюминий  қорытпалары  кӛп  талап 
етілген  және  жоғары  салыстырмалы салмағы, әмбебап 
механикалық,  эксплуатациялық  және  ерекше  қасиет-
тері  кешенімен  иеленген  конструкциялық  материал-
дармен  қорытылған  түсті  қорытпалар  арасында  кең 
таралған.  Сонымен  қатар,  алюминийдің  ӛзіндік  құны 
оны  алу  технологиясының  жетілдірілуімен  байланыс-
ты бара-бара тӛмендеуін ескеру керек. 
Композиттердің  құрылымы  мен  қасиеті  матрица-
лық  қорытпаның  қасиетімен,  құрамымен,  пішінімен, 
ӛлшемімен,  енгізу  мӛлшері  немесе  балқытпадағы  дис-
персті  бӛлшектердің  қалыптасуымен,  сонымен  қатар, 
ӛзара  байланысу  белсенділігі  мен «дисперсті бӛлшек – 
балқытпа»  шекарасындағы  процестермен  анықталады. 
Дәл  осы  факторлар  формақалыптастырушы  қуысқа 
құю  кезінде  берілген  қасиеттермен  бұйым  алуды  қам -
тамасыз  ететін  металл  суспензиясын  алу  мүмкіндігін 
анықтайды.  Дегенмен,  балқытпаға  енгізілетін  және 
қалыптасатын  нанобӛлшектердің  рӛлі  дайын  бұйым 
алудың түрлі  кезеңдерінде  кенеттен  ӛзгереді. 
Композиттегі,  әсіресе  алюмоматрицалық,  микро-
ӛлшемді  бӛлшектер  арматуралаушы  элементтер рӛлін-
де  болады,  олардың  «бӛлшек-балқытпа»  шекарасын-
дағы  ӛзара  байланысу  сипаты  балқытпада  жібітумен 
анықталады.  Кең  қолданылатын  микроӛлшемді  SiC, 
Al O ,  B C,  TiC  арматураланған  алюмоматрицалық 
композиттерді  зерттеу  және  бұйымды  эксплуатация-
лау  тәжірибесі  –  құю  әдісі  арқылы  үлгі құймасын алу-
да  қорытпаны  қолдану  мен  механикалық  және эксплу-
атациялық  қасиеттерді  қамтамасыз  ететінін  кӛрсетті. 
B C  салыстырғанда  кремний  карбиді  балқытпамен 
жақсырақ  дымқылданады,  композит  беріктігінің  жо-
ғарғы  деңгейін  қамтамасыз  етеді,  сауда  жағынан  тиім -
ді,  дегенмен,  қалыптасқан  Al C   бұйымның
 
морт сыну 
қаупін  туғызады,  адсорбцияланған  газдың  болуы  ком -
позитті  дәнекерлеп,  термоӛңдеу  жасауға  мүмкіндік 
бермейді,  матрицалық  қорытпа  дәнекерленген  болса 
да,  SiC  үлкен  тығыздығы  бұйымның  ауыр  болуына 
алып  келеді,  суспензияда  шӛгіп  қалу  үрдісі  болуы 
мүмкін. 
Al O  
тығызырақ  беріктендіргіш,  белсенділігі 
тӛмен,  алюминийге  қатысты  композиттердің  жоғарғы 
тығыздығын  қамтамасыз  етеді,  бірақ,  құю  процесінде 
бӛлектеніп  кету  қабілеті  жоғары  болады.  Құю  компо-
зиттерінде  (құм-топырақ  және  металл  қалыптарға 
құю, қысыммен құю, сұйық қалыптау) арматуралаушы 
және  композитте  бӛлшектердің  қатты  сәулеленуін 
ұстап  тұруы  үшін  B C  қолдануға  болады.  Алюминий 
тығыздығына  ұқсас  тығыздығы  болса,  B C  гравита-
циялық  құю  әдісімен  қалыңқабырғалы  құймалар  алуға 
мүмкіндік  береді. 
Алюминий  қорытпалары  үшін  баяу балқитын бӛл-
шектердің  дымқылдандыруын  жақсартатын  фазаара-
лық  белсенді  элементтер  ретінде  Mg,  Sn,  Sb,  Bi  болуы 
мүмкін.  Әскери,  аэроғарыш  және  азаматтық  техника-
ның жаңа ұрпағы дәстүрлі конструкциондық материал-
дар  қол  жеткізе  алмайтын  қасиеттері  бар  конструк-
циондық  және функционалдық  ӛңдеуді  қажет  етеді. 
Қазіргі  кезде  сырттан  енгізілетін  термотұрақты 
наноӛлшемді  бӛлшектер  секілді  наноӛлшемді  құры-
лымдық  жасаушылары  бар  және  интерметаллидтер 
реакциясы  қорытындысында  пайда  болатын  металл 
матрицалық  нанокомпозиттер  алуға  бағытталған  жұ-
мыстар  қызығушылық  тудырады.  Сонымен  бірге,  дән-
дері  шамамен  -
  нм  болатын  нанокристалды  құры-
лымы  мен  наномикродисперсті  беріктендіргіштер  алу 
болжамдалуда.  Ұнтақты  металлургия  әдісімен  алына-
тын  композиттердегі  наноӛлшемді  дисперсті  бӛлшек-
тер  наноқұрылымды  АМК  (НАМК)  перспективалы-
ғын кӛрсетті. 
Мысал  ретінде,  нанокомпозиттерді  ӛндірудегі  қы-
зығушылық  танытушылар  ретінде  АҚШ-та  авиация 
құрылысы  мен  ракета  қозғалтқышына  арналған  мате-
риалдарды  тасымалдау  кезінде  температуранын  кӛле-
мін  ұлғайту  мақсатымен  Al-Mg-Sc-Zr  алюминий  қо-
рытпасының  жүйесі  негізінде  дискретті-арматуралау-
шы  нанокомпозиттер  шығару  бағдарламасын  айтуға 
болады [4]. 
Зерттеушілердің  кӛбісі  алюминий  қорытпасын 
нанобӛлшектерге  енгізілетін  модификаторлар  рӛлін 
ұсынады.  SiC  микробӛлшектері  эвтектикалық  дәндер 
шекарасында,  ал  SiC  нанобӛлшектері  біріншілік  қатты 
ерітінді  дендриттерде  орналасатынын  атап  айту  керек. 
Микробӛлшектердің  дәндер  шекарасында  орналасу 

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: