Thermal oxidative stability of Al-Mn-graphene composite material under thermocycles conditions

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Aluminum-graphene composite material was synthesized by direct chemical interaction of boron carbide with molten matrix of Al-Mn alloy (analogue of АА 3003 alloy) with 1.22 wt. % of manganese, in molten alkali halides media. Initial Al-Mn alloy consists from aluminum base with formation of minor intermetallic amounts of MnAl6, but in aluminum-graphene composite except of aluminum base by the means of XRD the additional formation of double carbide AlMn3С. The formation of aluminum carbides was never detected no in pure aluminum, neither in all its alloys which was studied earlier. It was shown that the formation of three-layered graphene with linear dimensions up to 50 µm with total carbon concentration 0.055 wt.% decreases the onset point from 657.6℃for alloy AA3003 till 648℃for aluminum-graphene composite and results in an additional small peak at 650.1℃, which may be due to graphene oxidation. The original alloy AA 3003 in the air flow increases the mass when heated to 700℃by 0.16%, and the aluminum-graphene composite by 0.14 % which indicates a more significant oxidation of the original alloy AA 3003 compared the aluminum-graphene composite material. The effect of introduction of graphene into a metal matrix on the thermal properties of the composite was investigated, including under conditions of thermal cycling – triple heating up to 750℃and cooling up to 300℃in the air. It was shown that when graphene is introduced in the content up to 0.04 wt.% it does not change the mass of composite during thermal cycling as well as original alloy, while an increase in content up to 0.05 wt.% leads to an increase in mass of composite. Therefore, the composite material Al-Mn-graphene with a content of graphene up to 0.04 wt.%, which has higher mechanical properties compared to the alloy can be successfully used as plates of heat and radiators, since it is not subject to oxidation during thermal cycling.

Авторлар туралы

L. Yolshina

Institute of High Temperature Electrochemistry UB RAS

Email: yolshina06@rambler.ru
Ekaterinburg, Russia

S. Pershina

Institute of High Temperature Electrochemistry UB RAS

Email: yolshina06@rambler.ru
Ekaterinburg, Russia

R. Muradymov

Institute of High Temperature Electrochemistry UB RAS

Email: yolshina06@rambler.ru
Ekaterinburg, Russia

A. Kvashnichev

Institute of High Temperature Electrochemistry UB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: yolshina06@rambler.ru
Ekaterinburg, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Dutkiewicz J., Ozga P., Maziarz W., et al. Microstructure and properties of bulk copper matrix composites strengthened with various kinds of graphene nanoplatelets // Materials Science & Engineering.2015.A628. P. 124–134.
  2. Ahmad S.I., Hamoudi H., Abdala A., et al.Graphene-reinforced bulk metal matrix composites: synthesis, microstructure, and properties // Reviews on advanced materials science.2020.59. P. 67–114.
  3. Chen F., Gupta N., Behera R.K., Rohatgi P.K. Graphene-reinforced aluminum matrix composites: a review of synthesis methods and properties // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2018.70. P.837–845.
  4. Yolshina L.A., Muradymov R.V., Korsun I.V., et al. Novel aluminum–graphene and aluminum–graphite metallic composite materials: synthesis and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2016.663. P. 449–459.
  5. Brodova I.G., Yolshina L.A., Rasposienko D.Yu., Muradymov R.V., Shirinkina I.G., Razorenov S.V., Petrova A.N., Shorokhov E.V. Structure formation and physical-mechanical properties of Al-Mg alloy with microadditions of graphene // Letters on Materials.2022.12. № 4. P. 269–275.
  6. Lava Kumar P., Lombardi A., Byczynski G., et al.Recent advances in aluminium matrix composites reinforced with graphene-based nanomaterial: A critical review // Progress in Materials Science. 2022.128. 100948.
  7. Amosov A.P., Luts A.R., Rybakov A.D., Latukhin Ye.I. Primeneniye razlichnykh poroshkovykh form ugleroda dlya armirovaniya alyumomatrichnykh kompozitsionnykh materialov uglerodom i karbidom titana. Obzor [Application of various powder forms of carbon for reinforcing aliminum matrix materials with carbon and titanium carbide. Review] // Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya [Proceedings of Higher Education Institution, Non-Ferrous Metallurgy]. 2020.4. P. 44–64. [In Russian]
  8. Singh A.K., Soni S., Rana R.S. A Critical Review on Synthesis of aluminum metallic composites through stir casting: challenges and opportunities // Advanced Engineering Materials.2020.22. 2000322.
  9. Sánchez de la Muela A.M., Duarte J., Santos Baptista J., et al.Stir Casting Routes for Processing Metal Matrix Syntactic Foams: A Scoping Review // Processes. 2022.10. 478.
  10. Elshina L.A., Muradymov R.V. Patent 2623410 Russian Federation, IPC C01B 32/184, B82B 3/00, B82Y 30/00. Sposob sinteza metall-grafenovykh nanokompozitov [Method of the synthesis of metal-graphene nanocomposites]. № 2015130107; stated 20.07.2015, published 26.06.2017 bulletin № 18. [In Russian]
  11. Brodova I., Yolshina L., Razorenov S., et al. Effect of grain size on the properties of aluminum matrix composites with graphene // Metals. 2022.12. 1054.
  12. Filippov M.A., Baraz V.R., Gervas’yev M.A. Metodologiya vybora metallicheskikh splavov i uprochnyayushchikh tekhnologiy v mashinostroyenii: uchebnoye posobiye v 2 t. T. II. Tsvetnyye metally i splavy [Methodology for the selection of Metal alloys and strengthening technologies in Mechanical Engeeniring. Textbook in 2 volumes. V 2. Non-ferrous Metals and Alloys] Yekaterinburg: Ural University Publishing House. 2013. [In Russian]
  13. Wenhui Zheng, Chengyuan Ni, Chengdong Xia, Shaohui Deng, Xiaoying Jiang, Wei Xu. High-Temperature Mechanical Properties and Microstructure of Ultrathin 3003mod Aluminum Alloy Fins. Metals. 2024.14. № 2. 14020142.
  14. Lazar C., Istrate D., Odagiu O.P., Demian A.M., Buzatu A.D., Ghiban B. Evaluation of mechanical characteristics of 3003 aluminum alloy plated sheets. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2022. 1262. 012022
  15. Petrova A.N., Rasposienko D.Y., Brodova I.G., Yolshina L.A.,Muradymov R.V., Markin A.A., Marchenkov V.V., Fominykh B.M. Structure and Electrical Properties of AlFe Matrix Composites with Graphene // Applied Sciences. 2023.13. 10501.
  16. Yolshina L.A., Vovkotrub E.G., Shatunova A.A., Pryakhina V.I. Raman spectroscopy study of graphene formed by “in situ” chemical interaction of an organic precursor with a molten aluminium matrix // Journal of Raman Spectroscopy. 2020.51. № 2. P. 221–231.
  17. Malard L.M. Raman spectroscopy in graphene / L.M. Malard, M.A. Pimenta, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus // Physics Reports.2009.473. P. 51–87.
  18. Ferrari A.C., Meyer J.C., Scardaci V., et al.Raman spectrum of graphene and graphene layers // Physical Review Letters. 2006.97. № 18. 187401.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Russian Academy of Sciences, 2025

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».