Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия² ; Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия³

В. Б. Деев, профессор факультета машиностроения и автоматизации¹, гл. науч. сотрудник², профессор кафедры «Обработка металлов давлением»³, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: deev.vb@mail.ru

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

Е. С. Прусов, доцент кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов», канд. техн. наук, доцент, эл. почта: eprusov@mail.ru

И. В. Шабалдин, лаборант-исследователь кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов», эл. почта: shabaldinivan@mail.ru

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия
Э. Х. Ри, руководитель Высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru

Представлены результаты изучения особенностей формирования структуры и изменения трибологических свойств литых алюмоматричных композиционных материалов на основе псевдобинарной системы Al – Mg₂Si при модифицировании барием от 0,05 до 0,25 % (мас.). Показано, что добавление бария до 0,15 % (мас.) приводит к уменьшению размеров эндогенных армирующих частиц Mg2Si в композиционных материалах Al + 15 % (мас.) Mg₂Si. Отмечена тенденция к уменьшению размеров частицMg2Si до ~19,58 мкм, что на 32 % меньше, чем в немодифицированном состоянии. Дальнейшее увеличение содержания добавки бария приводит к увеличению размеров частиц и неоднородному их распределению по сечению слитка. Аналогичный характер изменения структуры отмечен для композита Al + 25 % (мас.) Mg₂Si. При этом добавление бария вызывает морфологическую трансформацию кристаллов армирующей фазы, сопровождающуюся изменением их средних размеров в зависимости от концентрации модифицирующей добавки. Установлено, что модифицирующая обработка композитов существенно снижает коэффициент трения и массовый износ при сухом трении в паре со сталью.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 20-19-00687-П, https://rscf.ru/project/23-19-45019/.

1. Georgatis E., Lekatou A., Karantzalis A. E., Petropoulos H. et al. Development of a cast Al – Mg2Si – Si in situ composite: Microstructure, heat treatment, and mechanical properties. J. Mater. Eng. Perform. 2013. Vol. 22. pp. 729–741.
2. Liu Z., Liu X.-M. Research on wear resistance of Mg2Si reinforced hypereutectic Al – Si alloy composite. Advanced Materials Research. 2013. Vol. 619. pp. 553–556.
3. Biswas P., Mondal M.K., Mandal D. Effect of Mg₂Si concentration on the dry sliding wear behavior of Al – Mg₂Si composite. Journal of Tribology. 2019. Vol. 141, No. 8. 081601.
4. Biswas P., Mondal M. K., Roy H., Mandal D. Microstructural evolution and hardness property of in situ Al – Mg2Si composites using one-step gravity casting method. Canadian Metallurgical Quarterly. 2017. Vol. 56. pp. 340–348.
5. Moharami A., Razaghian A., Babaei B., Ojo O. et al. Role of Mg2Si particles on mechanical, wear, and corrosion behaviors of friction stir welding of AA6061-T6 and Al – Mg2Si composite. Journal of Composite Materials. 2020. Vol. 54, No. 26. pp. 4035–4057.
6. Ghiasinejad J., Emamy M., Ghorbani M.R., Malekan A. Wear behavior of Al – Mg2Si cast in-situ composite: effect of Mg2Si different volume fractions. AIP Conference Proceedings. 2010. Vol. 1252. pp. 1012–1017.
7. Bhandari R., Mallik M., Mondal M. K. Microstructure evolution and mechanical properties of in situ hypereutectic Al – Mg2Si composites. AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2162. 020145.
8. Srinivas V., Singh V. Development of in situ as cast Al-Mg2Si particulate composite: Microstructure refinement and modification studies. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2012. Vol. 65, No. 6. pp. 759–764.
9. Deev V. B., Prusov E. S., Ri E. H. Physical methods of processing the melts of metal matrix composites: current state and prospects. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2022. Vol. 63, No. 3. pp. 292–304.
10. Deev V. B., Prusov E. S., Ri E. Kh. Microstructural modification of in situ aluminum matrix composites via pulsed electromagnetic processing of crystallizing melt. Non-Ferrous Metals. 2023. No. 1. pp. 36–40.
11. Ghandvar H., Idris M. H., Ahmad N., Emamy M. Effect of gadolinium addition on microstructural evolution and solidification characteristics of Al –15% Mg2Si in-situ composite. Materials Characterization. 2018. Vol. 135. pp. 57–70.
12. Zhang Y., Li Q., Shi L., Chen Z. et al. Influence of Nd – Ti – B compound modification treatment on microstructure and properties of Al – 18 Mg2Si alloy. Special Casting and Nonferrous Alloys. 2017. Vol. 37, No. 5. pp. 545–549.
13. Li Y., Liu T., Chen S., Ren Y. Effect of Ce inoculation on microstructure and mechanical properties of in situ Al – 20%Mg2Si composite. International Journal of Metalcasting. 2019. Vol. 13, No. 2. pp. 331–336.
14. Liu T., Li Y., Ren Y., Wang W. The microstructure and mechanical characterization of Al – 30%Mg2Si composite with Y inoculation addition. Materials Research Express. 2018. Vol. 5, No. 7. 076512.
15. Jin Y., Fang H., Wang S., Chen R. et al. Effects of Eu modification and heat treatment on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al – Mg2Si composites. Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 831. 142227.

16. Si Yi. Effect of Pr modification treatment on the microstructure and mechanical properties of cast Al – Mg2Si metal matrix composite. Advanced Materials Research. 2014. Vol. 936. pp. 23–27.
17. Liu Y. T., Tong X., Lin J. X., Niu L. Y. et al. The influences of holmium on microstructure and properties of in situ Mg2Si/Al composites. Advanced Materials Research. 2014. Vol. 900. pp. 154–159.
18. Rousta Z., Tohidlou E., Khosravi H. Influence of erbium addition on the microstructural evolution and tensile properties of Al/Mg2Si in-situ metal matrix composites. Iranian Journal of Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 18. pp. 71–79.
19. Deev V., Prusov E., Shurkin P., Ri E. et al. Effect of La addition on solidification behavior and phase composition of cast Al – Mg – Si alloy. Metals. 2020. Vol. 10, No. 12. 1673.
20. Emamy M., Khorshidi R., Honarbakhsh Raouf A. The influence of pure Na on the microstructure and tensile properties of Al – Mg2Si metal matrix composite. Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528, No. 13–14. pp. 4337–4342.
21. Farahany S., Ghandvar H., Bozorg M., Nordin A. et al. Role of Sr on microstructure, mechanical properties, wear and corrosion behaviour of an Al – Mg2Si – Cu in-situ composite. Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 239. 121954.
22. Khorshidi R., Honarbakhsh Raouf A., Emamy M., Campbell J. The study of Li effect on the microstructure and tensile properties of cast Al – Mg2Si metal matrix composite. Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509, No. 37. pp. 9026–9033.
23. Prusov E., Shabaldin I., Deev V. Quantitative characterization of the microstructure of in situ aluminum matrix composites. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2131. 042040.