Синтез нанокомпозитов Al–TiC и Al–WC методом электроискрового диспергирования и исследование их свойств
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 9 т.12, 2026 года.
Бесплатный доступ
Нанокомпозиты на основе алюминиевой матрицы, армированные карбидом титана TiC или карбидом вольфрама WC, обладают высокой прочностью, износостойкостью и термостабильностью. Они применяются в автомобильной, транспортной и оборонной промышленности для создания ответственных узлов, работающих при экстремальных нагрузках. Цель исследования — разработка технологии получения алюмоматричных нанокомпозитов Al–TiC и Al–WC методом электроискрового диспергирования, а также исследование их фазового состава, кристаллической структуры, морфологии, элементного состава и особенностей формирования армирующих карбидных фаз для оценки перспектив их применения в качестве высокопрочных и износостойких конструкционных материалов. В результате электроискрового диспергирования были получены порошки нанокомпозитов со средним размером частиц от 5 до 100 нм в зависимости от типа карбидной системы и режимов обработки. Фазовый анализ методом рентгеновской дифракции (XRD) подтвердил наличие α-Al и соответствующих карбидных фаз (TiC, WC) без существенного образования нежелательных вторичных соединений. Обнаружено незначительное содержание оксида алюминия, обусловленное поверхностным окислением в процессе обработки. Расчеты размеров кристаллитов по уравнению Шеррера показали, что их размеры находятся в диапазоне 15–60 нм. Незначительные искажения кристаллической решетки обусловлены межфазными напряжениями между алюминиевой матрицей и карбидными упрочняющими частицами. Среди исследованных материалов нанокомпозит Al–TiC продемонстрировал наиболее однородную микроструктуру, тогда как системы Al–WC характеризовались более высокой плотностью и повышенной стабильностью карбидной фазы благодаря термодинамическим особенностям систем W–C. Полученные результаты свидетельствуют о том, что электроискровое диспергирование является быстрым, энергоэффективным и масштабируемым методом получения алюмоматричных нанокомпозитов, армированных карбидами, с контролируемым фазовым составом и наноструктурой. Синтезированные материалы представляют значительный интерес для создания перспективных конструкционных материалов, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенных механических нагрузок, интенсивного изнашивания и высоких температур.
Короткий адрес: https://sciup.org/14139024
IDS: 14139024 | УДК: 621.762:620.22-419.8:669.715 | DOI: 10.33619/2414-2948/130/28
Synthesis of Al–TiC and Al–WC Nanocomposites by Electrical Spark Dispersion and Investigation of their Properties
Аluminum matrix nanocomposites reinforced with titanium carbide (TiC) or tungsten carbide (WC) exhibit high strength, excellent wear resistance, and superior thermal stability. These materials are widely used in the automotive, transportation, and defense industries for manufacturing critical components operating under extreme mechanical and thermal loads. Objectives: The aim of this study was to develop a technology for producing Al–TiC and Al–WC aluminum matrix nanocomposites by the electrical spark dispersion (ESD) method and to investigate their phase composition, crystal structure, morphology, elemental composition, and the formation characteristics of reinforcing carbide phases in order to evaluate their potential as high-strength, wear-resistant structural materials. Aluminum matrix nanocomposite powders were synthesized by electrical spark dispersion. The resulting powders exhibited average particle sizes ranging from 5 to 100 nm, depending on the carbide system and processing conditions. Phase analysis performed by X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of α-Al together with the corresponding carbide phases (TiC and WC), without significant formation of undesirable secondary phases. A small amount of aluminum oxide was detected, which was attributed to surface oxidation during processing. Crystallite sizes calculated using the Scherrer equation ranged from 15 to 60 nm. Slight distortions of the crystal lattice were observed and were associated with interfacial stresses between the aluminum matrix and the reinforcing carbide particles. Among the investigated materials, the Al–TiC nanocomposite exhibited the most homogeneous microstructure, whereas the Al–WC system demonstrated higher density and greater carbide-phase stability due to the thermodynamic characteristics of the W–C system. The obtained results demonstrate that electrical spark dispersion is a rapid, energy-efficient, and scalable technique for producing carbide-reinforced aluminum matrix nanocomposites with controlled phase composition and nanostructure. The synthesized materials show considerable potential for the development of advanced structural materials intended for operation under severe mechanical loading, intensive wear, and elevated temperatures.
