Engineering of strong and hard in-situ Al-Al3Ti nanocomposite via high-energy ball milling and spark plasma sintering

放电等离子烧结 材料科学 球磨机 纳米复合材料 极限抗拉强度 烧结 复合材料 粉末冶金 冶金
作者
S. Vorotilo,А. А. Непапушев,Dmitry Moskovskikh,Veronika Suvorova,Г. В. Трусов,D. Yu. Kovalev,A. Semenyuk,Nikita Stepanov,Ksenia V. Vorotilo,Anton Yu. Nalivaiko,A. A. Gromov
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:895: 162676-162676 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2021.162676
摘要

Light-weight Al-Ti nanocomposites attract increasing attention due to the advancements in spacecraft and additive manufacturing. In this work, ab initio modeling, DSC, and in-situ XRD experiments were used to formulate a strategy for rapid fabrication of Al-Al3Ti nanocomposites with enhanced mechanical properties (ultimate tensile strength up to 437 MPa at room temperature and up to 109 MPa at 500 °С, ~6% elongation before failure), resulting from a mixed ductile-fragile deformation behavior. The investigated samples were produced by spark plasma sintering of high-energy ball-milled reactive composites Al-TiH2 leading to the precipitation of 0.05–0.25 µm Al3Ti particles from the nanostructured Al matrix. Samples with coarser TiH2 powder or higher TiH2 content featured a minor amount of transitional core-shell structures resulting from the incomplete conversion of the as-formed Ti particles into Al3Ti. The following phase and structure formation mechanism upon the heating of the reactive nanocomposite powders was proposed: Al+δ­TiH2→~450−500°СAl[Ti]+β­Ti[Al]+δ­TiH2−x→~550−600°СAl+Al3Ti. Tentative guidelines for the sintering of Al-TiH2 composites were proposed based on the analysis of diffusion kinetics.

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