Жаропрочные материалы
Елена Голец 3864
Много открытий в материаловедении было сделано в XX cт. Особое внимание уделялось созданию жаропрочных материалов. В 1946 году в одном из исследовательских институтов Швейцарии решили получить беспористый материал из очень мелкого алюминиевого порошка.
САП - спеченная алюминиевая пудра
Порошок спрессовали, нагрели и подвергли экструзии (выдавливанию через отверстие - наподобие того, как выдавливают крем из кулинарного шприца). На вид прутки из полученного материала (его назвали САП - спеченная алюминиевая пудра) ничем не отличались от обычных алюминиевых прутков.
Механические свойства САПа
Когда стали исследовать механические свойства САПа, оказалось, что они далеко не обычны.
При комнатной температуре прочность САПа была выше, чем у чистого алюминия, примерно в два раза. Это не удивительно - многие алюминиевые сплавы имеют более высокую прочность. Но вот при повышенных температурах начались чудеса.
Если чистый алюминий и его сплавы резко разупрочнялись при температурах выше 600 К, то САП оставался прочным до 900 К. При 800-900 К он был в десятки раз прочнее обычного алюминия (при 850 К его прочность была равна прочности алюминия при комнатной температуре).
Этот факт засвидетельствовал, что найден новый перспективный путь решения проблемы жаропрочности.
Создание жаропрочных материалов, то есть материалов, способных выдерживать достаточно большие нагрузки при высоких температурах, (подробнее: Какая температура плавления материалов) является одной из наиболее важных и сложных задач материаловедения.
САП - это очень жаропрочный материал, потому что он сохраняет высокую прочность при (0,9 - 0,95) Т пл. Ранее такие материалы не были известны.
Механизм получения жаропрочности
Какой механизм получения жаропрочности у алюминия, полученного из порошка?
Дело в том, что каждая порошинка алюминия всегда покрыта тонкой плотной оболочкой очень твердого оксида алюминия А1203, имеющего температуру плавления 2310 К. Под оболочкой алюминий начинает плавиться при 940 К, но оболочка остается целой и не позволяет порошинкам слиться вместе, то есть оплавиться.
Только если нагреть порошок до 1400 К - расширившийся от сильного перегрева жидкий алюминий разорвет оксидную оболочку и порошок расплавится полностью.
Можно того же эффекта добиться и при более низких температурах, но для этого необходимо порошинки сдавить, чтобы помочь расплавленному металлу разрушить поверхностную оболочку.
Чтобы срабатывал механизм упрочнения частицами, они должны быть очень мелкими. Для получения САПа использовался очень мелкий порошок с характерным размером в доли микрометра, а при экструзии оксидные оболочки, покрывающие порошинки, обязательно разрушаются, дробятся, дополнительно измельчаются. Поэтому именно частицы А1203 приводят к резкому повышению жаропрочности.
Мелкие алюминиевые порошки сами себя упрочняют, причем, в отличие от известных раньше дисперсионно-твердеющих сплавов, у них упрочняющие частицы не растворяются в матрице вплоть до температуры плавления и поэтому эффективно препятствуют движению дислокаций, (подробнее: Дефекты кристаллических рещеток), даже при предплавильных температурах.
Мельчайшие оксидные частички обеспечивают САПу необычные свойства, превращая его в жаропрочный материал.
