Композитные материалы сочетают в себе желаемые свойства материалов и обеспечивают повышенные физико-механические свойства.
Сегодня композитные материалы находят применение практически во всех отраслях промышленности. Автомобильная и аэрокосмическая промышленность постоянно ищет материалы, обладающие особой прочностью и малым весом для конструктивного применения.
Алюминий является предпочтительным конструкционным материалом в этих областях благодаря своему небольшому весу. Частицы керамики добавляются в алюминиевую матрицу в качестве армирующего элемента для изготовления композитов металлической матрицы алюминия, обеспечивающих повышенную прочность. Среди алюминиевых сплавов серия 7075 обладает многими благоприятными свойствами: повышенная прочность, хорошая износостойкость, повышенная вязкость и жесткость. Керамические армирующие элементы, добавленные в алюминиевую матрицу, также повышают долговечность при очень высоких рабочих температурах.
Большинство отраслей промышленности предпочитают метало-матричные композиционные материалы с алюминием, чтобы использовать преимущества простоты их изготовления. Несмотря на то, что существует множество способов литья, для производства рассматривается технология перемешивания. Она проста, экономична и способна производить большие объемы продукции. Было установлено, что водная среда сокращает усталостную долговечность вследствие воздействия коррозии. Наблюдения показывают, что увеличение предельной прочности может быть достигнуто путем увеличения процентной массы алюминия, а также путем уменьшения размера частиц. Алюминий был усилен с использованием различных масс для экспериментального анализа изменения поведения композита.
Было установлено, что увеличение масс арматуры привело к увеличению механических свойств: твердость, предел текучести и предел прочности.
Вдавливание керамических материалов изменяет вязкость материала до хрупкости, в результате чего растяжение уменьшается. Наблюдения показали, что прочность композита увеличилась на 20%, а процентное удлинение уменьшилось примерно на 30% по сравнению с материалом матрицы.
По результатам экспериментов было установлено, что образцы, содержащие процентный вес карбида кремния и процентный вес карбида бора, имеют высокую твердость и хорошую вязкость. Кроме того, было рекомендовано использовать этот композит с оптимальной процентной массой для применения в секторе тяжелых транспортных средств.
Вставки седла клапана были изготовлены из композитов, содержащих большой процент армирования для сравнительного исследования. В результате отмечено( при армировании более 25% возникает неравномерность распределения частиц) плохое качество поверхности и высокий износ транспорта. Эти свойства были улучшены. Метало-матричные композиционные материалы стали изготавливать методом in-situ литья. Для проведения испытаний на износ использовали метод сухого скольжения.
Конструкция ортогональной решетки использовалась для изучения влияния количества арматуры, прилагаемой нагрузки, скорости скольжения и расстояния скольжения на величину износа.
Результаты экспериментов показали, что доминирующими входными параметрами стала приложенная нагрузка и скорость скольжения.
Оптимальная комбинация для достижения минимальной скорости износа составила 4 %. Сообщалось, что полное уплотнение, хорошее сцепление между частицами и значительное улучшение механических свойств достигается при температуре 530 °C и времени выдержки 3 мин. при плазменно-активированном спекании. Ученые сфокусировались на поведении метало-матричного композита в промышленной среде и морской воде для изучения проявлений коррозии и изменений морфологии поверхности. По снимкам было замечено, что межкристаллитная коррозия произошла в промышленной среде, а морская вода - в точечной коррозии. Ученые попытались определить влияние исходных параметров на качество отливки (для получения бездефектного литья) и механические свойства, такие как прочность и твердость при растяжении. Результаты анализа показали, что наиболее влиятельным фактором является весомость, за которой следует скорость перемешивания.
Благодаря улучшенной смачиваемости арматуры при высоких температурах обеспечивается однородное перемешивание. Нано размер частиц обеспечил улучшенную смачиваемость, а также лучшее встраивание армирующих частиц в матрицу сплава. Результаты исследований показали улучшение твердости на 125%, предела текучести на 41%, предела прочности на 45%, а также увеличение предела прочности на сжатие. Были сравнены механические свойства и микроструктурные характеристики нанокомпозитов алюминия с арматурой одиночного и гибридного типа.
В результате исследований выяснилось следующее: если процентный вес нано-армирования не превышает 2%, температура предварительного нагрева 500 °C препятствует агломерации и способствует равномерному распределению керамических частиц в алюминиевой матрице.