Министер
 Скачать 1.4 Mb.
|
Материалы исследования.Материалами исследования является металломатричный композит AМг6-B4C-W с различными массовыми долями компонентов. Металломатричные композиты такого состава способны проявлять стабильность по основным физико-механическим и эксплуатационным свойствам при облучении их потоками электронов, что свидетельствует о возможности применения этих композитов в качестве радиационно-защитных материалов Для изготовления радиационно-защитного композита были выбраны порошок алюминиевого сплава АМг6 в качестве несущего механическую нагрузку материала матрицы, ультрадисперсный порошок карбида бора в качестве нейтронозащитного наполнителя и нанопорошок вольфрама в качестве дисперсного наполнителя для поглощения гамма и рентгеновского излучения. ПорошокА Мг6 Для выплавки АМг6 подготавливают шихту и затем производят ее плавку. Загрузка шихтовых материалов в печь при приготовлении деформируемых алюминиевых сплавов должна производиться в соответствии с общими правилами и учетом наименьших потерь металла при плавке в виде угара и минимального загрязнения сплава неметаллическими включениями. Наиболее рациональным в этом отношении является следующий порядок загрузки шихты. Сначала в печь загружают чушковый первичный алюминий, потом бракованные слитки, затем отходы первого сорта и рафинированный переплав, затем лигатуры. Медь может быть введена в расплав как в виде алюминиевомедной лигатуры, так и в виде электролитической меди и отходов. Температура расплава перед введением меди должна быть в пределах 710 - 750°С. Легкоокисляющиеся металлы (магний, цинк) вводятся в расплав в чистом виде после полного расплавления всей шихты при температуре расплава 660 - 720°С. Магний вводят в расплав с помощью колокольчика (дырчатой коробки), а цинк - погружают в расплав ложкой. Перед введением легкоокисляющихся металлов расплав очищают от шлака. Для обеспечения более равномерного распределения легирующих компонентов после введения каждого из них расплав тщательно перемешивают[33]. Сканирующая электронная микроскопия показала, что коммерческий порошок алюмомагниевого сплава АМг6 состоит из частиц формой, близкой к сферической, с широким (до 2 порядков величины) разбросом по их размерам (Рисунок 2.8). Элементный состав сплава определен с помощью энергодисперсионного анализа (Рисунок 2.9).    Рисунок 2.8. СЭМ – изображение порошка АМг6  Рисунок 2.9. Элементный состав сплава АМг6 по данным EDS. Данные РФА показали, что порошок АМг6 содержит только кубическую фазу Mg0.05Al0.95, параметр решетки a= 4.0646 Å, посторонних примесей не обнаружено (Рисунок 2.10).  Рис 2.10. Рентгенограмма порошка АМг6 Общая удельная поверхность, определенная по БЭТ-анализу составляет 0.35 ± 0.02 м2/г.  Рисунок 2.11. Гранулометрический состав порошка АМг6 По данным лазерной дифракции порошка AМг6 мы можем судить о том, что средний размер частиц: до 10% составляет 4.801 мкм; до 50% составляет 14,815 мкм; до 90% составляет 33,551 мкм. Сопоставление результатов ЛД и БЭТ-анализа указывает на слабую (не более 2) степень агломерации порошка. Порошок B4C  Порошок карбида бора производства ООО «ОКБ-БОР» (г. Дзержинск) имеет близкую к равноосной форму частиц с широким (до 2 порядков величины) разбросом по размеру (Рисунок 2.11).Рисунок 2.11. СЭМ – изображение порошка B4C Рентгенофазовый анализ показал наличие в порошке 98% фазы B13C2, параметры решетки, а=5.617Å и b =12.1171 Å. Кроме того, было обнаружено присутствие свободного углерода, параметр решетки, а=2.47Å и b =6.85Å (Рисунок 2.12).  Рисунок 2.12. Рентгенограмма порошка B4C Общая удельная поверхность, определенная по БЭТ-анализу составляет 8.63 ± 0.07 м2/г.  Рисунок 2.13. Гранулометрический состав порошка B4C По данным лазерной дифракции порошка B4C мы можем увидеть, что средний размер частиц: до 10% составляет 0,261 мкм; до 50% составляет 1,339 мкм; до 90% составляет 4,373 мкм (Рисунок 2.13). Результаты ЛД и БЭТ показали среднюю (не более 5) степень агломерации ультрадисперсной фракции порошка. Элементный состав порошка B4C, полученный методом энергодисперсионного анализа представлен на рисунке 2.14. O  1%С 53% В 46% Рисунок 2.14. Элементный состав порошка B4C по данным EDS. Порошок W Наноструктурный порошок вольфрама был получен в ТПУ методом электрического взрыва проволоки из вольфрама. Суть метода заключается в том, что в реактор между электродами помещают проволоку металла (вольфрама) диаметром 0,1…1,0мм, далее на электроды подают импульс тока большой силы (104…106 А/см2), при этом происходит мгновенный разогрев и испарение проволок, пары металла разлетаются, охлаждаются и конденсируются. Процесс идет в атмосфере гелия и аргона. Процесс сопровождается потерей электропроводности проволоки, яркой вспышкой света, диспергированием металла и ударной волной, формирующейся в окружающем проводник газе. Исследование порошков методами электронной микроскопии показало, что частицы порошка имеют сферическую форму и широкое (2,5 порядка величины) мультимодальное распределение по размерам (Рисунок 2.15). Кроме того, выявлено, что порошок W имеет оксидный слой (Рисунок 2.15 в,г)   а б   в г Рисунок 2.15. Изображение порошка W полученное методами сканирующей (а, б) и просвечивающей электронной микроскопии (в, г). По данным рентгенофазового анализа посторонних примесей не обнаружено (Рисунок 2.16). Фазовый состав порошка представлен в таблице 4.  Рисунок 2.16. Рентгенограмма порошка W Таблица 2.1. Фазовый состав порошка W
Общая удельная поверхность, определенная по БЭТ-анализу составляет 2.70 ± 0.02 м2/г.  Рисунок 2.17. Гранулометрический состав порошка W По данным лазерной дифракции порошка W мы можем увидеть, что средний размер частиц: до 10% составляет 0,158 мкм; до 50% составляет 1,282 мкм; до 90% составляет 4,361 мкм (Рисунок 2.17). Результаты ЛД и БЭТ-анализа указывает на существенную (до 9) степень агломерации частиц порошка W. Элементный состав порошка W по энергодисперсионному анализу показал незначительное количество железа, серы и кислорода (Рисунок 2.19).  Рисунок 2.18. Энергодисперсионный спектр порошка W  Рисунок 2.19. Элементный состав порошка W по данным EDS. Описаниесмесей: В работе были исследованы 3 смеси AMг6 - B4C – W с различным массовым содержанием компонентов. Минимальным по содержанию для образования непрерывной матрицы алюминиевого сплава при оптимальном для плотного заполнения частицами карбида бора и вольфрама соотношением компонентов является следующий состав смеси |