5.2.1. Матрицы на основе алюминия

Алюминий и сплавы на его основе, используемые в качестве матрицы КМ, выпускаются промышленностью в виде слитков, лис­тов, лент, фольг, прутков, проволоки и порошка. Главными требо­ваниями, предъявляемыми к матрицам на основе алюминия и его сплавов, являются совместимость с материалом армирующих воло­кон при температурах получения и эксплуатации КМ; высокие значения прочности и достаточной пластичности при нормальной и по­вышенной температурах; высокие технологические свойства и кор­розионная стойкость.

В зависимости от технологических особенностей получения КМ и типа волокон для матрицы применяют алюминий, деформируе­мые и литейные алюминиевые сплавы.

Упрочнение алюминия высокопрочными и высокомодульными волокнами позволяет создавать КМ с повышенными удельной прочностью и удельной жесткостью, жаропрочностью и регулируе­мой анизотропией свойств. В КМ на основе алюминия матрицей служат сплавы АД-1, АМг-6, АМЦ, АМг-3, Д16, 2024, 7075. Ар­мирующими элементами - волокна стали, бора, борсика, углерода и карбида кремния. Кроме того, разработаны КМ на основе алюми­ния с волокнами вольфрама, молибдена, бериллия, титана и Si0₂. Известны КМ на основе алюминия, армированные усами А1₂0₃, SiC.

При изготовлении КМ на основе алюминия применяют жидко- и твердофазные методы (горячее прессование, прокатку, экструзию, сварку взрывом), а также процессы осаждения. Так, горячим прессо­ванием получают КМ А1 - В, алюминий - борсик, А1 - Be, алюми­ний - сталь, А1 - SiC, А1 - Si0₂, исходными формами для матриц которых являются фольга, лента, лист или порошок.

Процесс осуществляется в вакууме, на воздухе или в защитной атмосфере и контролируется напряжением текучести или ползучес­тью матричного материала. Для снижения температуры и давления могут использоваться вспомогательные средства - припои, легкоп­лавкие или образующие эвтектику металлы. Недостаток метода - прерывистость процесса.

Параметры процесса получения КМ с объемной долей волокон бора 0,5 такие: время - 1 час, давление - примерно 50 МПа, темпе­ратура - 753 К. Этим способом могут быть получены многослойные ленты, листы, стержни, профили, лопатки компрессоров и турбин.

Прокаткой изготавливают КМ, армированные металлическими проволоками, например, КМ А1 - В, алюминий - сталь. Процесс осу­ществляется при температуре (0,7...0,9) Т_пл и является полунепре­рывным или полностью непрерывным. Недостаток: при больших сте­пенях обжатия происходит разрушение волокон. Во избежание этого явления применяют поперечную прокатку. При этом используется матрица в виде фольги, ленты, листа или порошка. Прокаткой могут быть получены КМ в форме многослойной ленты, листов, балок.

Методом экструзии из КМ изготавливаются прутки, трубы, ар­мированные непрерывными или дискретными, преимущественно ме­таллическими волокнами. Экструзия осуществляется как в холод­ном, так и в горячем состоянии заготовки. Матрица используется в виде порошка, прутков и трубчатых заготовок. Как правило, экст­рузия осуществляется в специальных контейнерах.

В последнее время сваркой взрывом изготавливаются КМ, ар­мированные металлическими волокнами, например, алюминий - сталь. Достоинством метода является его дешевизна и возможность получения листов и изделий большого размера; недостатком - разру­шение хрупких волокон бора, карбида кремния и т. п. Этим мето­дом можно производить листы, плиты, трубы, оболочки.

Процессы осаждения, заключающиеся в напылении или осаж­дении матричного материала, который применяют обычно в виде порошка или проволоки, например, при плазменном напылении, не являются окончательными. Они позволяют получать полуфабрика­ты для последующего уплотнения. Наиболее распространен и досту­пен полуфабрикат системы А1 - В, полученный плазменным распыле­нием алюминия из проволоки на ориентированные волокна бора.

Жидкофазными процессами, заключающимися в пропитке расп­лавом алюминия и его сплавов армирующих волокон, можно выра­батывать КМ А1 - В, А1 - С, А1 - B/SiC, А1 - SiC, А1 - В (с покрытием BN), алюминий - сталь. Процесс осуществляется в вакууме или конт­ролируемой атмосфере при температуре примерно 973 К. Для пре­дотвращения взаимодействия волокон бора или стали с расплавом применяются покрытия, а для улучшения смачиваемости волокон расплавом - также покрытия или поверхностно-активные вещества.