Разработан новый, не имеющий аналогов в мировой науке и практике метод создания композитных металлических материалов на основе алюминия или магния, содержащий до 2 мас.% модифицирующих углерода в виде графеновых листов или кристаллов графита, равномерно распределенных в металлической матрице, в галогенидном расплаве при температурах 973-1073 К. Синтез наночастиц углерода – одностадийный процесс, происходит непосредственно в расплавленной алюминиевой или магниевой матрице без необходимости отдельной стадии синтеза и выделения углеродных наноматериалов, что уменьшает трудоемкость получения алюминиевых и магниевых композитов с высоким содержанием углерода. Получаемые таким методом алюминий-графеновые и магний-графеновые металлические композиты отличаются равномерным распределением по объему металла чешуек графена размером от 100 нм до 100 мкм, что приводит к высокой однородности свойств композитов. Изучена коррозионная стойкость и некоторые механические свойства алюминий-углеродных и магний-углеродных металлических материалов.
Фото образцов алюминий-графен
Получаемые при химическом взаимодействии компонентов солевого плава с расплавленным алюминием плотные, беспористые алюминий-графеновые и алюминий-графитовые металлические композитные материалы обладают повышенной твердостью, эластичностью и хорошей коррозионной стойкостью. Алюминий-графеновые металлические образцы при хранении их на воздухе в течение долгого времени (1.5-2 года) остаются блестящими, не покрываются оксидной пленкой. Алюминий-углеродные металлические композитные материалы затем могут быть переплавлены для литья деталей различной формы без потери исходных свойств полученного композита, а также прокатаны в тонкую фольгу. Аналогичными свойствами обладает и магний-графеновый композит
Кроме того разработан новый метод создания сложных композитных материалов на основе алюминия, содержащий до 20 мас.% модифицирующих карбидных (SiC), а также оксидных (Al2O3) наночастиц, равномерно распределенных в алюминиевой матрице, в галогенидном расплаве при температурах 973-1073 К.
Получаемые таким методом алюминий-карбидные композиты отличаются равномерным распределением по объему металла карбида кремния размером до 200 нм, что приводит к высокой однородности свойств композитов и прекрасной смачиваемости карбидных наночастиц. Аналогичным образом могут быть получены композиты на основе алюминиевой матрицы, содержащие до 20 мас.% нанодисперсоидов оксида алюминия. Таким методом могут быть получены как дисперсионно упрочненные нанокомпозиты с объемным содержанием до 20 %, так и композиты, упрочненные частицами с размером до 1 мкм, содержание которых может достигать 40 %. Твердость алюминиевых композитов, упрочненных частицами оксида алюминия либо карбида кремния, много выше алюминиевой.
Очевидным достоинством предлагаемого метода синтеза углеродных, карбидных и оксидных наночастиц внутри расплавленной металлической матрицы под расплавленным солевым флюсом является возможность тонкого регулирования содержания легирующих модифицирующих фаз посредством различных режимов прилагаемого электрического тока, состава солевого электролита, температуры синтеза, а также реальная возможность масштабирования этих процессов.
