Введение
1 Многослойные металл-интерметаллидные материалы на основе никеля и алюминия (аналитический обзор) 20
1.1 Структура и свойства различных фаз системы «никель – алюминий» 20
1.1.1 Интерметаллидные соединения на основе никеля и алюминия 20
1.1.2 Твердые растворы и эвтектики в системе «никель – алюминий» 26
1.1.3 Никель и сплавы на его основе 26
1.1.4 Алюминий и его свойства 29
1.2 Способы получения слоистых композитов с интерметаллидными прослойками на основе никеля и алюминия 29
1.2.1 Процесс формирования интерметаллидных прослоек при реакционном взаимодействии никеля и алюминия 30
1.2.1.1 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез 31
1.2.1.2 Кинетика диффузионного роста интерметаллидной прослойки в композитах типа «никель – алюминий»
1.2.3 Искровое плазменное спекание 39
1.2.4 Комплексные технологии получения многослойных металл-интерметаллидных материалов
1.2.4.1 Получение многослойных металл-интерметаллидных материалов напылением тонких пленок и последующей термической обработкой 42
1.2.4.2 Формирование многослойных материалов типа «металл-интерметаллид» по технологии сварки прокаткой с последующей термической обработкой 44
1.2.4.3 Создание многослойных металл-интерметаллидных материалов по технологии диффузионной сварки в сочетании с последующей термической обработкой з
1.2.4.4 Особенности получения слоистых композитов типа
«металл –интерметаллид» по технологии сварки взрывом и
последующей термической обработки 46
1.3 Механические свойства слоистых композитов типа «никель – алюминид никеля» 52
1.4 Выводы 54
2 Материалы и методы исследования 57
2.1 Структура и свойства материалов исследования 57
2.2 Формирование многослойных композиционных материалов методом сварки взрывом 59
2.3 Получение многослойных композитов по технологии литья алюминия в зазоры между пластинами никеля 61
2.4 Искровое плазменное спекание никелевых и алюминиевых фольг 62
2.5 Методы исследования структуры материалов
2.5.1 Оптическая металлография 68
2.5.2 Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ 69
2.5.3 Просвечивающая электронная микроскопия 70
2.5.4 Рентгенофазовый анализ 71
2.6 Методы исследования механических свойств 71
2.6.1 Дюрометрические исследования 72
2.6.2 Прочностные испытания 72
2.6.3 Испытания на ударную вязкость 74
3 Анализ особенностей структуры композита «никель – алюминий», сформированного методом сварки взрывом 76
3.1 Анализ температуры, давления, степени и скорости пластической деформации методом численного моделирования процесса сварки взрывом пластин никеля и алюминия 77
3.1.1 Уравнение состояния для описания ударноволновых процессов 78
3.1.2 Прочностная модель Джонсона – Кука 78
3.1.3 Метод гидродинамики сглаженных частиц 79
3.1.4 Константы материалов, использованные при моделировании 81
3.1.5 Постановка задачи численного моделирования 82
3.1.6 Результаты численного моделирования 84
3.2. Особенности строения сваренных взрывом многослойных композитов типа «никель - алюминий» 97
3.3 Связь размеров зон перемешивания с величиной потери кинетической энергии при сварке взрывом многослойных композитов «никель - алюминий» 108
3.4. Структурные особенности зон перемешивания 112
3.5 Исследование структуры никеля и алюминия вблизи межслойных границ в сваренных взрывом композитах 122
3.6 Выводы 124
4 Металл-интерметаллидные композиционные материалы, полученные при термической обработке многослойных пакетов из никеля и алюминия 127
4.1 Получение металл- интерметаллидных композитов путем отжига сваренных взрывом многослойных заготовок «никель - алюминий» 127
4.1.1. Структура металл-интерметаллидного композита,
сформированного в процессе термической обработки при 620 С
сваренных взрывом слоистых заготовок «никель - алюминий» 128
4.1.2 Особенности зарождения и роста интерметаллидных прослоек на границах сваренного взрывом композита «никель - алюминий» при нагреве до 550 С 135
4.1.3 Особенности строения интерметаллидных прослоек, сформированных при отжиге сваренных взрывом пластин никеля и
4.2 Структура металл-интерметаллидных композитов, полученных заливкой алюминия в зазоры между пластинами никеля с последующим отжигом 150
4.2.1 Структура композитов, полученных методом заливки алюминия в зазоры между никелевыми пластинами и последующей выдержки при 620 и 720 С 151
4.2.2 Влияние оксидных плёнок на рост интерметаллидных прослоек при термической обработке композитов «никель – алюминий», полученных методом литья алюминия в зазоры между никелевыми пластинами 156
4.3 Сравнение скорости роста интерметаллидных прослоек в образцах, полученных по технологиям литья и сварки взрывом 162
4.4 Выводы 165
5. Результаты механических испытаний многослойных композитов на основе никеля и алюминия, полученных по технологии сварки взрывом и отжига 167
5.1 Свойства многослойных композитов «никель – алюминий», полученных по технологии сварки взрывом 167
5.2 Прочностные испытания многослойных металл-интерметаллидных композитов на основе никеля и алюминия, полученных по технологии сварки взрывом и последующего отжига 173
5.3 Выводы 178
6 Формирование слоистых композиционных материалов «никель – алюминид никеля» с использованием технологии искрового плазменного спекания 179
6.1 Влияние температуры спекания на структуру и свойства многослойных композитов «никель – алюминид никеля» 180
6.2 Влияние давления на пористость композитов на основе никеля и алюминия 186
6.3 Влияние толщины спекаемых фольг на структуру многослойных композитов «никель – алюминид никеля», полученных методом искрового плазменного спекания 193 6.4 Влияние длительности искрового плазменного спекания на структуру и свойства многослойных композитов «никель – алюминид никеля» 197
6.5 Выводы 202
7 Апробация результатов экспериментальных исследований 205
7.1 Преимущества слоистых материалов, полученных по технологии сварки взрывом 205
7.2 Преимущества слоистых материалов типа «металл – интерметаллид» на основе никеля и алюминия 207
7.3 Перспективы использования слоистых материалов типа «металл – интерметаллид» на основе никеля и алюминия 209
7.4 Применение результатов проведенных исследований в учебном процессе 211
7.5 Выводы 211
Заключение 213
Список литературы
