Tin Bronze Reinforced with Cu9Al4 Particles: Mechanochemical Synthesis and Consolidation by Sintering under Pressure

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

X-ray diffraction analysis and optical and electron microscopy have been used to study the effect of mechanical activation conditions of the Cu–12% Sn mixture with different Cu9Al4 modifier contents on the structure and phase composition and morphology of formed composites. The mechanochemical intro-duction of 10 wt % of the modifying additive into the matrix of mechanically synthesized tin bronze mainly results in the formation of a ternary Al0.05Cu0.9Sn0.05 solid solution of aluminum and tin in copper. In the case of the 20 wt % modifying additive, the final product contains a Cu0.9Sn0.1 tin solid solution in copper and Cu9Al4 intermetallics. Studies of the mechanical and tribological characteristics of the material prepared by sintering under a pressure showed that the intensity of wear of the material based on the Cu–12 wt % Sn mechanochemically synthesized bronze is insignificant lower than that of commercial bronze alloy CuSn10P; the coefficient of friction (f) decreases by ~1.3 times and the range of its values is sufficiently wide,
f = 0.7–0.9. The modification of the Cu–12 wt % Sn mechanically synthesized bronze with the Cu9Al4 inter-metallics allowed us to decrease the intensity of wear by 1.3 to 1.6 times and to substantially decrease the coef-ficient of friction (by 1.2 to 1.6 times). The stable value f = 0.5 is reached for the mechanically activated
Cu‒12 wt % Sn + 20 wt % Cu9Al4 composition. The introduction of the intermetallics results in the increase in the microhardness of the alloys by 1.6 to 2 times (to Hμ = 2730 MPa) compared to those of CuSn10P and mechanically synthesized bronzes.

About the authors

T. F. Grigoreva

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: grig@solid.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

S. A. Kovaleva

Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus

Email: grig@solid.nsc.ru
Minsk, 220072 Belarus

V. I. Kvashnin

Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibrsk State Technical University

Email: grig@solid.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia; Novosibirsk, 630073 Russia

S. A. Petrova

Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: grig@solid.nsc.ru
Ekaterinburg, 620016 Russia

E. T. Devyatkina

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: grig@solid.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

S. V. Vosmerikov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: grig@solid.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

V. I. Zhornik

Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus

Email: grig@solid.nsc.ru
Minsk, 220072 Belarus

P. A. Vityaz

Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus

Email: grig@solid.nsc.ru
Minsk, 220072 Belarus

N. Z. Lyakhov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: grig@solid.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. Волочко А.Т. Модифицирование эвтектических и первичных частиц кремния в силуминах. Перспективы развития // Литье и металлургия. 2015. Т. 4(81). С. 38–45.
  2. Dudina D.V., Bokhonov B.B., Batraev I.S., Amirastanov Y.N., Ukhina A.V., Kuchumova I.D., Legan M.A., Novoselov A.N., Gerasimov K.B., Bataev I.A., Georgarakis K., Koga G.Y., Guo Y., Botta W.J., Jorge A.M. Jr. Interaction between Fe66Cr10Nb5B19 metallic glass and aluminum during spark plasma sintering // Mater. Sci. Eng. A.2021. V. 799. P. 140165.
  3. Бронзы оловянные литейные. ГОСТ 613-79.
  4. Лукьянов Г.С., Никитин В.М. Алюминиевые лигатуры с мелкокристаллическим строением // Литейное производство. 1997. № 8–9. С. 13–14.
  5. Feldshtein E., Kiełek P., Kiełek T., Dyachkova L., Letsko A. On some mechanical properties and wear behavior of sintered bronze based composites reinforced with some aluminides microadditives // Int. J. Appl. Mechan. Eng. 2017. V. 22. № 2. P. 293–302.
  6. Celikyurek İ., Korpe N.O., Olcer T., Galer R. Microstructure, properties and wear behaviors of (Ni3Al)p reinforced Cu matrix composites // J. Mater. Sci. Technol. 2011. V. 27. № 10. P. 937–943.
  7. Григорьева Т.Ф., Дудина Д.В., Петрова С.А., Ковалева С.А., Батраев И.С., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Ляхов Н.З. Композиты с алюминиевой матрицей, упрочненные частицами Cu9Al4: механохимический синтез и консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 824–830.
  8. Feng Li, Ishihara K.N., Shingu P.H. The Formation of Metastable Phases by Mechanical Alloying in the Aluminum and Copper System // Metal. Trans. A. 1991. V. 22A. P. 2850.
  9. Kahtan S. Mohammed, Haider T. Naeem, Siti Nadira Iskak. Study of the feasibility of producing Al–Ni intermetallic compounds by mechanical alloying // PhMM. 2016. V. 117. № 8. P. 795–804.
  10. Schwarz R.B., Srinivasan S., Desch P.B. Synthesis of metastable aluminum-based intermetallics by mechanical alloying // Mater. Sci. Forum. 1992. V. 88–90. P. 595–602.
  11. D’Angelo L., Ochoa J., González G. Comparative study for the formation of the NiAl, TiAl, FeAl intermetallic compounds by mechanical alloying // J. Metastable and Nanocryst. Mater. 2004. V. 20–21. P. 231–236.
  12. Бродова И.Г., Волков А.Ю., Ширинкина И.Г., Калонов А.А., Яблонских Т.И., Астафьев В.В., Елохина Л.В. Эволюция структуры и свойств тройных Al/Cu/Mg композитов при деформационно-термической обработке // ФММ. 2018. Т. 119. № 12. С. 1271–1277.
  13. Елсуков Е.П., Ульянов А.Л., Порсев В.Е., Колодкин Д.А., Загайнов А.В., Немцова О.М. Особенности механического сплавления высококонцентрированных сплавов Fe–Cr // ФММ. 2018. Т. 119. № 2. С. 165–170.
  14. Воронина Е.В., Аль Саеди А.К., Иванова А.Г., Аржников А.К., Дулов Е.Н. Структурно-фазовые превращения в процессе приготовления упорядоченных тройных сплавов систем Fe–Al–M (M = Ga, B, V, Mn) с использованием механосплавления // ФММ. 2019. Т. 120. № 12. С. 1314–1321.
  15. Григорьева Т.Ф., Петрова C.А., Ковалева С.А., Дудина Д.В., Батраев И.С., Киселева Т.Ю., Жолудев С.И., Восмериков С.В., Девяткина Е.Т., Удалова Т.А., Поляков С.Н., Ляхов Н.З. Механохимический синтез порошков сплавов системы Cu–Al и их консолидация методом электроискрового спекания // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 729–736.
  16. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1986. 302 с.
  17. Powder Diffraction File PDF4+ ICDD Release 2020.
  18. Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments. ENSP. Grenoble: Lab. Materiaux genie Phys., 2003.
  19. DIFFRACplus: TOPAS. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D-76187, Karlsruhe, Germany. 2006.
  20. Караваев М.Г., Кукареко В.А. Автоматизированный трибометр с возвратно-поступательным движением // Надежность машин и технических систем. 2001. № 1. С. 37–39.
  21. Коростелева Е.Н. Формирование структуры и механические свойства спеченной алюминиевой бронзы. Дис. ... канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 2000. 218 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (925KB)
3.

Download (4MB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».