Покращення структурних та фізичних властивостей гібридних нанокомпозитів Al 7075–карбід бору–діоксид цирконію

Алюмінієво-металоматричні композити (АММК) продовжують привертати значний дослідницький інтерес для високопродуктивних конструкцій локомотивів, аерокосмічної та оборонної промисловості завдяки своїй високій питомій міцності, жорсткості та трибологічним характеристикам. Метою цього дослідження є покращення механічної реакції Al 7075 шляхом гібридного додавання керамічних частинок. Карбід бору (B4C), відомий своєю високою твердістю та модулем пружності, був введений у постійній ваговій частці, тоді як діоксид цирконію (ZrO2), зміцнювальна кераміка з високою термічною стабільністю, був введений у різних вагових відсотках для оцінки його додаткового внеску в характеристики композиту. Гібридні композити були синтезовані методом лиття з перемішуванням (SCM), обраним за його здатність рівномірно розподіляти керамічне армування в розплавленій матриці шляхом контрольованого утворення вихрів. Параметри процесу, такі як температура перемішування, швидкість перемішування та час витримки, систематично регулювалися для мінімізації кластеризації частинок, міжфазної пористості та невідповідностей змочування. Механічна характеристика включала випробування на розтяг, випробування на стиск та оцінку твердості за Брінеллем відповідно до стандартів ASTM. Результати показали, що гібридне армування значно підвищує несучу здатність та стійкість до деформації. Композит, що містить Al 7075 + 3 мас.% B4C + 15 мас. % ZrO2, досяг найвищої міцності на розтяг 192 МПа порівняно зі 137 МПа для монолітного сплаву, що демонструє покращення на 40 %. Подібні тенденції спостерігалися в міцності на стиск та твердості, що пояснюється зміцненням на межі розділу частинок-матриця, утворенням петель Орована, накопиченням дислокацій на межах армування та мікроструктурним подрібненням, викликаним додаванням кераміки. Для визначення найбільш впливових параметрів обробки та оптимізації механічної реакції було використано ортогональний масив Taguchi L9. Аналіз сигнал/шум підтвердив, що коефіцієнт армування та температура перемішування були домінуючими факторами, що впливають на покращення властивостей. Оптимізований набір параметрів дозволив отримати композити з чудовими механічними характеристиками та зменшеною мінливістю. Загалом, отримані результати встановлюють, що гібридно-армовані композити Al 7075 B4C-ZrO2, виготовлені за допомогою SCM, є перспективними кандидатами на легкі конструкційні компоненти наступного покоління, що вимагають високої міцності, надійності та термостійкості.