Ученые выяснили механизмы прочного соединения сплавов меди с металл-керамическим материалом

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» (Москва) и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А.Г. Мержанова РАН (Черноголовка) изучили, как расплавы меди взаимодействуют с макс-фазой на основе титана, алюминия и азота.

Исследователи помещали отполированные пластины макс-фаз в специальную вакуумную камеру и сбрасывали на них капли расплавленной меди при температурах от 1085°C до 1200°C. Процессы капиллярного взаимодействия наблюдали с помощью высокоскоростной камеры и скоростных тепловизионных измерений.

Оказалось, что при контакте с медью стабильная структура макс-фазы начинает разлагаться на твердые частицы нитрида титана, а также атомы алюминия, которые переходят в медный расплав. Это приводит к тому, что объем макс-фазы уменьшается, из-за чего в ней формируются микрополости. Медный расплав активно заполняет их, впитываясь в материал. При этом авторы измеряли скорость поглощения меди и ее зависимость от температуры. Оказалось, что процесс распада и впитывания происходит контролируемо: его можно регулировать с помощью температуры и времени нагрева выше температуры плавления меди.

Получающиеся в результате взаимодействия расплава с макс-фазой материалы оказались гораздо тверже чистой меди. Спаянные расплавом зерна исходной макс-фазы при этом также продемонстрировали повышенную твердость. Это указывает на то, что новый композит потенциально будет более устойчив к износу и деформации, чем обычные металлы, при этом обладать высокой проводимостью и коррозионной стойкостью.