Development of aluminum matrix composite with improved mechanical properties by the directional regulation of the chemical composition of the reinforcing dispersed phase surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

For obtaining new metal matrix composites, one needs to develop approaches to the selection of reinforcing additives, the identification of the relationship of the properties of the resulting material with the composition, concentration and morphology of the additives introduced, the creation and search for new affordable and cheap additives. As one of the solutions to this problem, the authors propose to obtain aluminum matrix composites based on the structuring of an Al matrix with titanium carbide nanostructures ($\leq 5$ nm) by atomic layer deposition (ALD). The resulting material has an important feature — the absence of obvious interface boundaries between the Al matrix and the reinforcing carbide phase, that ensures the components binding into a single whole. Composites, for the hardening of which a reinforcing phase with surface carbide nanostructures is used, in addition to a higher tensile strength, demonstrate a more plastic fracture pattern characteristic of dispersed hardening of materials. With an increase in the amount of the composite reinforcement from 1 to $5\%$, embrittlement of the material does not occur, as is observed when carbide particles are introduced into the Al matrix by other methods. 

About the authors

Nikita F. Morozov

St. Petersburg University

Email: n.morozov@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3890-522X
Scopus Author ID: 7005573911
ResearcherId: K-2696-2013
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Elena G. Zemtsova

St. Petersburg University

Email: ezimtsova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2603-2812
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Vladimuir K. Kudymov

St. Petersburg University

Email: v.k.kudymov@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-4044-6990
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Pavel E. Morozov

St. Petersburg University

Email: comitcont@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-3526-3810
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Boris Nikolaevich Semenov

St. Petersburg University

Email: b.semenov@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8870-6520
Scopus Author ID: 7101626297
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Denis V. Yurchuk

St. Petersburg University

Email: 667-766-d@mail.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

Vladimir M. Smirnov

St. Petersburg University

Author for correspondence.
Email: vms11@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7358-1884
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya nab., 7-9

References

  1. Rino J. J., Chandramohan D., Sucitharan K. S., Jebin V. D. An overview on development of aluminium metal matrix composites with hybrid reinforcement // International Journal of Science and Research. 2012. Vol. 1, iss. 3. P. 196–203.
  2. Tjong S. C. Novel nanoparticle reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties // Advanced Engineering Materials. 2007. Vol. 9, iss. 8. P. 639–652. https://doi.org/10.1002/adem.200700106
  3. Wang J., Li Z., Fan G., Pan H., Chen Z., Zhang D. Reinforcement with graphene nanosheets in aluminum matrix composites // Scripta Materialia. 2012. Vol. 66, iss. 8. P. 594–597. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.01.012
  4. Saravanan C., Subramanian K., Ananda Krishnan V., Narayanan R. S. Effect of particulate reinforced aluminium metal matrix composite — A review // Mechanics and Mechanical Engineering. 2015. Vol. 19, iss. 1. P. 23–30.
  5. Das D. K., Mishra P. C., Singh S., Pattanaik S. Fabrication and heat treatment of ceramic-reinforced aluminium matrix composites — A review // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. 2014. Vol. 9, iss. 1. P. 1–15. https://doi.org/10.1186/s40712-014-0006-7
  6. Alaneme K. K., Aluko A. O. Fracture toughness (K1C) and tensile properties of as-cast and age-hardened aluminium (6063)-silicon carbide particulate composites // Scientia Iranica. 2012. Vol. 19, iss. 4. P. 992–996. https://doi.org/10.1016/j.scient.2012.06.001
  7. Tjong Sie-Chin. 8 — Processing and deformation characteristics of metals reinforced with ceramic nanoparticles // Nanocrystalline Materials / ed. by Sie-Chin Tjong. 2nd ed. Oxford : Elsevier, 2014. P. 269–304. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-407796-6.00008-7
  8. Casati R., Vedani M. Metal matrix composites reinforced by nano-particles — A review // Metals. 2014. Vol. 4, iss. 1. P. 65–83. https://doi.org/10.3390/met4010065
  9. Mobasherpour I., Tofigh A. A., Ebrahimi M. Effect of nano-size Al2O3 reinforcement on the mechanical behavior of synthesis 7075 aluminum alloy composites by mechanical alloying // Materials Chemistry and Physics. 2013. Vol. 138, iss. 2–3. P. 535–541. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2012.12.015
  10. Rana R. S., Purohit R., Das S. Review of recent studies in Al matrix composites // International Journal of Scientific and Engineering Research. 2012. Vol. 3, iss. 6. P. 1–16.
  11. Pramod S. L. Aluminum — based cast in-situ composites: A review // Journal of Materials Engineering and Performance. 2015. Vol. 24, iss. 6. P. 2185–2207. https://doi.org/10.1007/s11665-015-1424-2
  12. Zemtsova E. G., Yurchuk D. V., Morozov P. E., Kudymov V. K., Smirnov V. M. Features of the synthesis of the dispersed tic phase with nickel nanostructures on the surface to create an aluminum-based metal composite // Nanomaterials. 2021. Vol. 11, iss. 10. Art. 2499. https://doi.org/10.3390/nano11102499
  13. Bauri R., Yadav D., Suhas G. Effect of friction stir processing (FSP) on microstructure and properties of Al-TiC in situ composite // Materials Science and Engineering A. 2011. Vol. 528, iss. 13. P. 4732–4739. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.02.085

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».