V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость, высокие теплопроводность и электропроводимость и хорошие технологические свойства (обрабатываются давлением, свариваются точечной сваркой).

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Cu, Mg, Si, Mn, Zn, реже - Li, Ni, Ti. [1].

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления на деформируемые и литейные. Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу (Al-Si, Al-Cu, Al-Mg). Наибольшее распространение среди литейных алюминиевых сплавов получили кремнийсодержащие сплавы (силумины). Литейные алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) относятся к сплавам эвтектического типа и широко используются как конструкционные материалы. Благодаря своим свойствам они успешно конкурируют с черными металлами, заменяя или полностью вытесняя их из традиционных сфер использования [2].

В настоящее время актуальной задачей при производстве изделий из алюминиевых сплавов различного функционального назначения является нанесение на них декоративных покрытий различной цветовой гаммы. Широкое распространение получили ионно-плазменные покрытия из нитрида титана (TiN).

В представленной работе исследованиям подвергались заготовки из кремнийсодержащих алюминиевых сплавов с различным содержанием кремния - АК5М2, АК9М2.

Сплав АК5М2 имеет удовлетворительные механические и литейные свойства, коррозионную стойкость [2]. Доля в общем объеме литейных сплавов составляет около 15 %. Применяется для изготовления средненагруженных деталей разнообразного назначения, в том числе и для культурно-бытовых товаров. Номенклатура отливок обширна: они используются при производстве бытовых и промышленных швейных машин, кабельных барабанов, строительных и отделочных машин, небольших корпусных деталей, втулок и т.д.

Сплав АК9М2 имеет средний уровень механических свойств. Используется при производстве деталей для автомобилестроения.

Исследование включало в себя несколько этапов:

1) Изучение микроструктуры образцов;

2) Измерение микротвердости;

3) Рентгеноструктурный анализ.

Для рассмотрения микроструктуры использовался металлографический микроскоп МИМ-8М. Данный прибор предназначен для визуального наблюдения и фотографирования микроструктуры металлов и других прозрачных объектов в светлом поле при прямом и косом освещении, в темном поле и в поляризованном свете. Визуальное наблюдение на микроскопе производится с помощью монокулярной и бинокулярной насадок. В ходе наблюдений было установлено, что образцы имеют типичную структуру алюминиевых сплавов.

Микротвердость измеряли при помощи микротвердомера ПМТ-3 (рисунок 1).

Рисунок 1 - Микротвердомер ПМТ-3

Действие прибора основано на вдавливании в испытываемый материал алмазного наконечника Виккерса с квадратным основанием четырехгранной пирамиды, обеспечивающей геометрическое и механическое подобие отпечатков по мере углубления индентора под действием нагрузки.

Были получены данные по микротвердости покрытых и непокрытых образцов. Результаты измерений представлены в таблице.

Микротвердость образцов

Марка сплава	Твердость покрытого образца, кгс/мм2	Твердость непокрытого образца, кгс/мм2
АК5М2	92	80
АК9М2	96	87

Как видно из таблицы, твердость поверхности изделия возрастает при нанесении покрытия TiN. Также наблюдается повышение твердости при увеличении содержания кремния в сплаве.

Рентгеновские исследования проводились на рентгеновском аппарате ДРОН 2.0 в CuK_α-излучении (медная рентгеновская трубка). На дифрактограммах наблюдались интерференционные пики (см. рисунок 2), которые являются отражением рентгеновских лучей от определенных атомных плоскостей кристалла. На образцах без покрытия было выявлено присутствие фаз Si, Al. На покрытых изделиях дополнительно наблюдалась фаза TiN.

Рисунок 2 – Пример интерференционных пиков

Таким образом, было установлено, что нанесение покрытия нитрид титана (TiN) на литейные сплавы алюминия, содержащие кремний, приводит к повышению твердости поверхности. На основании ренгтгеноструктурного анализа были получены данные о составе сплава и покрытия.

Литература

1. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

2. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов: Справ. изд. / Пригунова А.Г., Белов Н.А., Таран Ю.Н. и др. – М.: МИСИС, 1996. – 175 с.

Код для цитирования: Скопировать