Композиция «алюминий – металлическая проволока»

Армирование алюминия и его сплавов стальной проволокой повышает их прочность, увеличивает модуль упругости, сопротивление усталости и расширяет температурный интервал службы материала.

Армирование короткими волокнами проводят методами порошковой металлургии, состоящими из прессования с последующей гидроэкструзией или прокаткой заготовок. При армиро­вании непрерывными волокнами композиций типа сэндвич, со­стоящих из чередующихся слоев алюминиевой фольги и волокон, применяют прокатку, горячее прессование, сварку взрывом, диффузионную сварку. Прочность композиционных материалов на основе алюминия, армированных стальной проволокой, σ_в = 1500 МПа при KCU = 0,4 – 0,6 МДж/м².

Весьма перспективным материалом является композиция «алюминий – бериллиевая проволока», в которой реализуются высокие физико-механические свойства бериллиевой арматуры, и в первую очередь – ее низкая плотность и высокая удельная жесткость. Получают композиции с бериллиевой проволокой диффузионной сваркой пакетов из чередующихся слоев бериллиевой проволоки и матричных листов. Из алюминиевых сплавов, армированных стальной и бериллиевой проволоками, изготавливают корпусные детали ракет и топливные баки.

Композиция «алюминий – волокна бора»

Волокна бора являются наиболее перспективным высокопрочным, армирующим материалом. Волокна бора выгодно отличают сочетание высокой прочности (σ_в = 2800–3500 МПа) с высоким значением модуля упругости (390 000 – 450 000 МПа) при относительно низкой плотности (2,5–2,65 г/см³). Композиционные материалы получают в виде различных полуфабрикатов: лент, прутков, профилей, труб и листов. Для их изготовления применяют методы: непрерывного литья или протягивания волокон через расплав, плазменного напыления, горячего прессования, волоче­ния и прокатки пакетов.

Композиционные материалы алюминия – волокна бора харак­теризуются сочетанием высоких значений прочности, предела выносливости, модуля упругости с высокой работой разрушения.

Ниже приведены значения механических свойств композиционных материалов на основе алюминия, упрочненного различными коли­чествами борных волокон.

Объемная доля во­локна, %	0	10	20	30	40	50
σв, МПа	70–140	300–380	500–650	700–900	900–1140	1100–1400
Е   103, МПа	70	105	135	180	205	230
δ, %	–	–	–	0,7	0,7	0,6

Плотность композиций «алюминий – волокна бора» составляет 2,63–2,65 г/см³. Их применяют в самолетостроении для изготовле­ния горизонтальных и вертикальных стабилизаторов, рулей, обшивки крыльев, элементов хвостового оперения, лонжеронов.

Композиция «алюминий – углеродные волокна»

Сочетание низкой плотности арматуры и матрицы позволяет создавать композиционные материалы с высокой удельной проч­ностью и жесткостью. Недостатком углеродных волокон является их хрупкость и высокая реакционная способность. Композицию «алюминий – углерод» получают пропиткой углеродных волокон жидким металлом или методами порошковой металлургии. Тех­нологически наиболее просто осуществимо протягивание пучков углеродных волокон через расплав алюминия.

Композит «алюминий – углерод» применяют в конструкциях топливных баков современных истребителей. Благодаря высокой удельной прочности и жесткости материала масса топливных баков уменьшается на 30 %. Этот материал используют также для изготовления лопаток турбин авиационных газотурбинных дви­гателей.