Металеві композити на основі порошків — це матеріали, які виготовляють шляхом об’єднання металевої матриці з армуючими компонентами (частинками, волокнами або зміцнюючими фазами) у процесах твердотільної металургії. Вони поєднують властивості металів (пластичність, електропровідність, теплопровідність) із високою міцністю, зносостійкістю чи жаростійкістю армуючої фази.
Склад та структура металевих композитів:
1. Матриця (основа):
Метал або сплав, що утворює безперервну фазу й забезпечує зв’язок усіх компонентів:
- Алюміній (Al) — легкий, корозійностійкий;
- Мідь (Cu) — хороша електропровідність;
- Титан (Ti) — висока міцність і жаростійкість;
- Нікель (Ni), залізо (Fe), магній (Mg), тощо.
2. Армуючі (зміцнюючі) фази:
- Керамічні частинки: SiC, Al₂O₃, B₄C, TiC;
- Волокна: вуглецеві, борні, карбідні;
- Інші метали або сплави (для утворення інтерметалідних фаз).
Технології виготовлення композитів на основі порошків:
1. Механічне змішування порошків:
Металевий порошок змішують з армуючими частинками.
2. Компактування (формування):
- Пресування (холодне або гаряче);
- Ізостатичне пресування (для рівномірного ущільнення);
- Ливарне формування порошків (PIM).
3. Спікання:
- У вакуумі або в захисному газі;
- Температура нижча за температуру плавлення матриці;
- Можливе гаряче спікання або спікання під тиском для кращої дифузії.
4. Додаткові операції:
- Гаряче ізостатичне пресування (HIP);
- Термічна або механічна обробка;
- Просочування рідким металом (інфільтрація).
Переваги металевих порошкових композитів:
- Висока зносостійкість та міцність при малій щільності;
- Підвищена теплостійкість і корозійна стійкість;
- Добра теплопровідність;
- Можливість створення градованих матеріалів (FGM).
Застосування:
| Галузь | Приклади застосування |
|---|---|
| Авіація та космос | Теплозахист, конструкції двигунів |
| Автомобілебудування | Гальмівні диски, поршні, шестерні |
| Енергетика | Теплообмінники, електроди, турбінні лопатки |
| Медицина | Біоінертні імплантати на основі Ti-Al₂O₃ |
| Військова техніка | Броня, теплостійкі елементи |
Приклади композитів:
| Матриця | Армування | Властивості |
|---|---|---|
| Al | SiC | Висока жорсткість при низькій масі |
| Cu | Al₂O₃ | Зносостійкість, електропровідність |
| Ti | B₄C | Жаростійкість, міцність |
| Ni | TiC | Жаростійкість для турбін |