danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-1-74-82dan-1114Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESМеханохимическое модифицирование оловянных бронз интерметаллидом Cu9 Al4Mechanochemical modification of tin bronzes with intermetallide Cu9 Al4ВитязьП. А.VityazP. A.

Витязь Петр Александрович – академик, д-р техн. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск

Vityaz Pyotr A. – Academician, D. Sc. (Engineering), Profеssor, Chief Researcher

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

vitiaz@prezidium.bas-net.byГригорьеваТ. Ф.GrigorevaT. F.

Григорьева Татьяна Федоровна – д-p хим. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Кутателадзе, 18, 630090, Новосибирск

Grigoreva Tatiana F. – D. Sc. (Chemistry), Leading Researcher

18, Kutateladze Str., 630090, Novosibirsk

grig@solid.nsc.ruЖорникВ. И.ZhornikV. I.

Жорник Виктор Иванович – д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 12, 220072, Минск

Zhornik Viktor I. – D. Sc. (Engineering), Professor, Head of the Laboratory  

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

zhornikv@gmail.comКовалеваС. А.KovaliovaS. A.

Ковалева Светлана Анатольевна – канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 12, 220072,Минск

 

Kovaliova Svetlana A. – Ph. D. (Engineering), Leading Researcher

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

svetakov2021@gmail.comКвашнинВ. И.KvashninV. I.

Квашнин Вячеслав Игоревич – аспирант, мл. науч. сотрудник

пр. Лаврентьева, 15, 630090, Новосибирск 

Kvashnin Vyacheslav I. – Junior Researcher

15, Lavrentyev Ave., 630090, Novosibirsk

slava.kvashnin@mail.ruПетроваС. А.PetrovaS. A.

Петрова Софья Александровна – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Амундсена, 101, 620016, Екатеринбург 

Petrova Sofia A. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

101, Amundsen Str., 620016, Yekaterinburg

danaus@mail.ruДевяткинаЕ. Т.DevyatkinaE. T.

Девяткина Евгения Тимофеевна – науч. сотрудник

ул. Кутателадзе, 18, 630090, Новосибирск 

Devyatkina Evgeniya T. – Researcher

18, Kutateladze Str., 630090, Novosibirsk

devyatkina@solid.nsc.ruВосмериковС. В.VosmerikovS. V.

Восмериков Сергей Владимирович – науч. сотрудник

ул. Кутателадзе, 18, 630090, Новосибирск 

Vosmerikov Sergey V. – Researcher

18, Kutateladze Str., 630090, Novosibirsk

vosmerikov@solid.nsc.ruВеремейИ. С.VeremeyI. S.

Веремей Илья Сергеевич – техник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск

 

Veremey Ilya S. – Technician

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

stetarum@gmail.comЛяховН. З.LyakhovN. Z.

Ляхов Николай Захарович – академик, д-р хим. наук, науч. руководитель Института

ул. Кутателадзе, 18, 630090, Новосибирск

Lyakhov Nikolay Z. – Academician, D. Sc. (Chemistry), Scientific Supervisor of the Institute

18, Kutateladze Str., 630090, Novosibirsk

lyakhov@solid.nsc.ruОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наукInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of the SB of the RASИнститут гидродинамики им. М. А. ЛаврентьеваM. A. Lavrentyev Institiute of Hydrodynamics of the SB of the RASИнститут металлургии Уральского отделения Российской академии наукInstitute of Metallurgy of the UB of the RASИнститут химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наукInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of the SB of the RASОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint United Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus2023050320236717482Copyright © Витязь П.А., Григорьева Т.Ф., Жорник В.И., Ковалева С.А., Квашнин В.И., Петрова С.А., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Веремей И.С., Ляхов Н.З., 20232023Витязь П.А., Григорьева Т.Ф., Жорник В.И., Ковалева С.А., Квашнин В.И., Петрова С.А., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Веремей И.С., Ляхов Н.З.Vityaz P.A., Grigoreva T.F., Zhornik V.I., Kovaliova S.A., Kvashnin V.I., Petrova S.A., Devyatkina E.T., Vosmerikov S.V., Veremey I.S., Lyakhov N.Z.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1114

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и электронной микроскопии изучено влияние условий механической активации смеси Cu–12 мас. % Sn с различным содержанием модификатора Cu9 Al4 на структурно-фазовый состав и морфологию формируемых композитов. При механохимическом введении 10 мас. %-ной модифицирующей добавки в матрицу механосинтезированной оловянной бронзы в продукте формируется в основном тройной твердый раствор алюминия и олова в меди, Al0,05Cu0,9Sn0,05. В случае 20 мас. %-ной модифицирующей добавки в продукте присутствуют твердый раствор олова в меди Cu0,9Sn0,1 и интерметаллид Cu9 Al4. Исследования механических и триботехнических характеристик материала, получаемого методом спекания под давлением, показали, что интенсивность изнашивания механохимически синтезированного порошка Cu–12 мас. % Sn незначительно меньше, чем у промышленной бронзы БрОФ 10-1, коэффициент трения f снижается в 1,4 раза, а диапазон разброса его значений достаточно широк f = 0,7–0,9. Модифицирование механосинтезированной бронзы Cu–12 мас. % Sn интерметаллидом Cu9 Al4 позволяет снизить изнашиваемость в 1,4–1,8 раза и значительно снизить коэффициент трения (в 2 раза). Cтабильное значение f = 0,5 достигается для механической активации состава Cu–12 мас. % Sn + + 20 мас. % Cu9 Al4. Введение интерметаллида повышает микротвердость сплавов в 1,6–2,0 раза (до Hμ = 2730 МПа) относительно сплава бронзы БрОФ 10-1 и механосинтезированной бронзы.

The influence of the conditions of mechanical activation of a mixture of Cu–12 wt. % Sn with different content of the modifier Cu9 Al4 on the structural-phase composition and morphology of the formed composites was studied by the methods of X-ray diffraction analysis, optical and electron microscopy. With the mechanochemical introduction of 10 wt. % of the modifying additive into the matrix of mechanosynthesized tin bronze, the product mainly forms a ternary solid solution of aluminum and tin in copper, Al0.05Cu0.9Sn0.05. In the case of 20 wt. % of the modifying additive, the product contains a solid solution of tin in copper Cu0.9Sn0.1 and an intermetallic compound Cu9 Al4. Studies of the mechanical and tribotechnical characteristics of the material obtained by sintering under pressure showed that the intensity of wear of bronze of the mechanochemically synthesized powder Cu–12 wt. % Sn is slightly less than that of industrial bronze BrTPh10-1, the friction coefficient f decreases by a factor of 1.4, and the range of its values is quite wide f = 0.7–0.9. Modification of mechanically synthesized Cu–12 wt. % Sn bronze with the Cu9 Al4 intermetallic compound makes it possible to reduce wear by a factor of 1.4–1.8 and significantly reduces the friction coefficient (by a factor of 2). A stable value of f = 0.5 is achieved for the MA composition Cu–12 wt. % Sn + 20 wt. % Cu9 Al4. The introduction of an intermetallic compound increases the microhardness of the alloys by a factor of 1.6–2.0 (up to Hμ = 2730 MPa) relative to the bronze alloy BrTPh10-1and mechanically synthesized bronze.

оловянная бронзаинтерметаллид Cu9 Al4модифицированиемеханическая активацияспекание под давлениеминтенсивность изнашиваниякоэффициент трениямикротвердостьtin bronzeCu9 Al4 intermetallic compoundmodificationmechanical activationpressure sinteringwear ratefriction coefficientmicrohardnessReferencesNadolski, M. The evaluation of mechanical properties of high-tin bronzes / M. Nadolski // Arch. Foundry Engineering. – 2017. – Vol. 17, N 1. – P. 127–130. https://doi.org/10.1515/afe-2017-0023Nadolski M. The evaluation of mechanical properties of high-tin bronzes. Archives of Foundry Engineering, 2017, vol. 17, no. 1, pp. 127–130. https://doi.org/10.1515/afe-2017-0023Wear resistance and electroconductivity in copper processed by severe plastic deformation / A. P. Zhilyaev [et al.] // Wear. – 2013. – Vol. 305, N 1–2. – P. 89–99. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.06.001Zhilyaev A. P., Shakhova I., Belyakov A., Kaibyshev R., Langdon T. G. Wear resistance and electroconductivity in copper processed by severe plastic deformation. Wear, 2013, vol. 305, no. 1–2, pp. 89–99. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.06.001Использование химического синтеза нанодисперсных модификаторов при индукционном нагреве шихты на основе порошков оловянных бронз для упрочнения и повышения триботехнических свойств наплавляемых покрытий / И. А. Сосновский [и др.] // Литье и металлургия. – 2016. – № 3(84). – С. 111–116.Sosnovsky I. A., Kuznechik O. O., Golodok R. P., Belyavin K. E. Use of chemical synthesis of nanodisperse modifiers at induction heating of furnace charge on the basis of powders tin bronze for hardening and increaseof tribotechnical properties of the fuse-on coverings. Lit’e metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2016, no. 3(84), pp. 111–116 (in Russian).On some mechanical properties and wear behavior of sintered bronze based composites reinforced with some aluminides microadditives / E. Feldshtein [et al.] // Int. J. of Applied Mechanics and Engineering. – 2017. – Vol. 22, N 2. – P. 293–302. https://doi.org/10.1515/ijame-2017-0017Feldshtein E., Kiełek P., Kiełek T., Dyachkova L., Letsko A. On some mechanical properties and wear behavior of sintered bronze based composites reinforced with some aluminides microadditives. International Journal of Applied Mechanics and Engineering, 2017, vol. 22, no. 2, pp. 293–302. https://doi.org/10.1515/ijame-2017-0017Microstructure, properties and wear behaviors of (Ni3Al) reinforced Cu matrix composites / İ. Celikyurek [et al.] // J. Mater. Sci. Technol. – 2011. – Vol. 27, N 10. – P. 937–943. https://doi.org/10.1016/s1005-0302(11)60167-9Celikyurek İ., Korpe N. O., Olcer T., Galer R. Microstructure, properties and wear behaviors of (Ni3Al)p reinforced Cu matrix composites. Journal of Materials Science & Technology, 2011, vol. 27, no. 10, pp. 937–943. https://doi.org/10.1016/s1005-0302(11)60167-9Interaction between Fe66Cr10Nb5B19 metallic glass and aluminum during spark plasma sintering / D. V. Dudina [et al.] // Mater. Sci. Eng. – 2021. – Vol. 799. – Art. 140165. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140165Dudina D. V., Bokhonov B. B., Batraev I. S., Amirastanov Y. N., Ukhina A. V., Kuchumova I. D., Legan M. A., Novoselov A. N., Gerasimov K. B., Bataev I. A., Georgarakis K., Koga G. Y., Guo Y., Botta W. J., Jorge A. М. Interaction between Fe66Cr10Nb5B19 metallic glass and aluminum during spark plasma sintering. Materials Science and Engineering: A, 2021, vol. 799, art. 140165. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140165Григорьева, Т. Ф. Механохимический синтез в металлических системах / Т. Ф. Григорьева, А. П. Баринова, Н. З. Ляхов. – Новосибирск, 2008. – 167 с.Grigor’eva T. F., Barinova A. P., Lyakhov N. Z. Mechanochemical synthesis in metallic systems. Novosibirsk, 2008. 167 p. (in Russian).Grigorieva, T. F. Mechanosynthesis of nanocomposites / T. F. Grigorieva, A. P. Barinova, N. Z. Lyakhov // J. Nanoparticle Research. – 2003. – Vol. 5, N 5–6. – P. 439–453. https://doi.org/10.1023/b:nano.0000006093.26430.3bGrigorieva T. F., Barinova A. P., Lyakhov N. Z. Mechanosynthesis of nanocomposites. Journal of Nanoparticle Research, 2003, vol. 5, no. 5–6, pp. 439–453. https://doi.org/10.1023/b:nano.0000006093.26430.3bМеханохимический синтез порошков сплавов системы Cu–Al и их консолидация методом электроискрового спекания / Т. Ф. Григорьева [и др.] // Физика металлов и метолловедение. – 2021. – Т. 122, № 7. – С. 729–736.Grigoreva T. F., Dudina D. V., Vosmerikov S. V., Devyatkina E. T., Udalova T. A., Lyakhov N. Z., Petrova S. A., Kovaleva S. A., Batraev I. S., Kiseleva T. Y., Zholudev S. I., Polyakov S. N. Mechanochemical synthesis of Cu–Al alloyed powders and their consolidation by spark plasma sintering. Physics of Metals and Metallography, 2021, vol. 122, no. 7, pp. 681–687. https://doi.org/10.1134/s0031918x21070024Аввакумов, Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Аввакумов. – Новосибирск: Наука, 1986. – 302 с.Avvakumov E. G. Mechanical methods of activation of chemical processes. Novosibirsk, Nauka Publ., 1986. 302 p. (in Russian).Караваев, М. Г. Автоматизированный трибометр с возвратно-поступательным движением / М. Г. Караваев, В. А. Кукареко // Надежность машин и технических систем: Труды международной научно-технической конференции. – Минск: Издательство ИПН, 2001. – Т. 2. – С. 37–39.Karavaev M. G., Kukareko V. A. Automated reciprocating tribometer. Nadezhnost' mashin i tekhnicheskikh sistem: Trudy mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii. T. 1 [Reliability of machines and technical systems: ProceedingsКоростелева, Е. Н. Формирование структуры и механические свойства спеченной алюминиевой бронзы / Е. Н. Коростелева. – Томск, 2000. – 218 с.of the International scientific and technical conference. Vol. 1]. Minsk, IPN Publishing House, 2001, pp. 37–39 (in Russian).Saunders, N. The Cu–Sn (copper-tin) system / N. Saunders, A. P. Miodownik // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. – 1990. – Vol. 11, N 3. – P. 278–287. https://doi.org/10.1007/bf03029299Korosteleva E. N. Structure Formation and Mechanical Properties of Sintered Aluminum Bronze. Tomsk, 2000. 218 p. (in Russian).Moharami, A. Improving the dry sliding-wear resistance of as-cast Cu-10Sn-1P alloy through accumulative back extrusion (ABE) process / A. Moharami // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9, N 5. – P. 10091–10099. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.022Saunders N., Miodownik A. P. The Cu–Sn (copper-tin) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1990, vol. 11, no. 3, pp. 278–287. https://doi.org/10.1007/bf03029299Moharami A. Improving the dry sliding-wear resistance of as-cast Cu-10Sn-1P alloy through accumulative back extrusion (ABE) process. Journal of Materials Research and Technology, 2020, vol. 9, no. 5, pp. 10091–10099. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.022Moharami A. Improving the dry sliding-wear resistance of as-cast Cu-10Sn-1P alloy through accumulative back extrusion (ABE) process. Journal of Materials Research and Technology, 2020, vol. 9, no. 5, pp. 10091–10099. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.022

The authors declare that there are no conflicts of interest present.