ЛОКАЛЬНЕ АТОМНЕ ВПОРЯДКУВАННЯ РОЗПЛАВІВ Al — Fe 20 ат.% — Sn: DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2025.1(60).11

Олексій ЯКОВЕНКО; Олександр РОЇК; Ярославна КАШИРІНА

Автор(и)

Олексій ЯКОВЕНКО Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0003-4948-5101
Олександр РОЇК Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0001-9705-1100
Ярославна КАШИРІНА Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0002-2901-6140

Ключові слова:

рентгенівська дифракція, металічний розплав, метод оберненого Монте Карло, ближній порядок

Анотація

Вступ. Легування антифрикційних сплавів на основі алюмінію дозволяє підвищити зносостійкість та термічну стабільність. У промисловості вже широко використовуються мідь, кобальт, хром як добавки до алюмінієво-олов’яних сплавів, але у науковій літературі відсутні роботи щодо впливу заліза. Встановлення закономірностей атомного впорядкування у розплавах Al-Fe-Sn дозволить спрогнозувати фазовий склад відповідних композитів.

Методи. Було отримано криві розсіювання рентгенівського випромінювання розплавів складу Al₆₇Fe₂₀Sn₁₃, Al₆₀Fe₂₀Sn₂₀ та Al₅₂Fe₂₀Sn₂₈ при 1500°С. Проведено реконструкцію структурних моделей розплавів за допомогою методу оберненого Монте Карло, для характеристики яких застосовано статистично-геометричний метод Вороного-Делоне.

Результати. Підтверджено мікронеоднорідну будову розплавів Al_80-xFe₂₀Sn_x (x=13, 20, 28) при 1500°С. Завдяки аналізу отриманих структурних моделей встановлено закономірності локального оточення атомів із зміною концентрації.

Висновки. Показано, що при низькому вмісті олова для сплавів Al_80-xFe₂₀Sn_x при охолодженні розплаву можливе отримання збагачених на Fe та Sn фаз в алюмінієвій матриці, що погіршуватиме експлуатаційні характеристики антифрикційних матеріалів, у зв’язку з чим рекомендовано використовувати склади Al₆₀Fe₂₀Sn₂₀ та Al₅₂Fe₂₀Sn₂₈.

Посилання

Bol, W. (1967). The use of balanced filters in x-ray diffraction. Journal of Scientific Instruments, 44(9), 736–739. https://doi.org/10.1088/0950-7671/44/9/323

Bangert, H., Eisenmenger-Sittner, C., & Bergauer, A. (1996). Deposition and structural properties of two-component metal coatings for tribological applications. Surface and Coatings Technology, 80(1–2), 162–170. https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02704-1

Bhat, J., Pinto, R., & Satyanarayan. (2019). A review on effect of alloying elements and heat treatment on properties of Al - Sn alloy. Materials Today: Proceedings, 35, 340–343. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.617

Cromer, D. T., & Liberman, D. (1970). Relativistic Calculation of Anomalous Scattering Factors for X Rays. The Journal of Chemical Physics, 53(5), 1891–1898. https://doi.org/10.1063/1.1674266

Cromer, D. T., & Waber, J. T. (1965). Scattering factors computed from relativistic Dirac–Slater wave functions. Acta Crystallographica, 18(1), 104–109. https://doi.org/10.1107/S0365110X6500018X

Desai, P.D. (1987). Thermodynamic Properties of Selected Binary Aluminum Alloy Systems. J. Phys. Chem. Ref. Data, 16(1), 109-124. https://doi.org/10.1063/1.555788

Dixon, c. F., & Skelly, H. M. (1973). PROPERTIES OF ALUMINIUM-TIN ALLOYS PRODUCED BY POWDER METALLURGY. Powder Metallurgy, 16(32), 366–373. https://doi.org/10.1179/pom.1973.16.32.012

Fartushna, I., Bajenova, I., Khvan, A., Shilundeni, S., Cheverikin, V., Bulanova, M., & Kondratiev, A. (2022). Analysis of the effect of the liquid phase separation on the formation of microstructure in the Sn-Fe and Al-Fe-Sn alloys. Materials Characterization, 186, 111812. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.111812

Harris, S. J., McCartney, D. G., Horlock, A. J., & Perrin, C. (2000). Production of ultrafine microstructure in Al-Sn, Al-Sn-Cu and Al-Sn-Cu-Si alloys for use in tribological applications. Materials Science Forum, 331. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.331-337.519

Huang, S., Zhu, B., Zhang, Y., Liu, H., Wu, S., & Xie, H. (2022). Microstructure Comparison for AlSn20Cu Antifriction Alloys Prepared by Semi-Continuous Casting, Semi-Solid Die Casting, and Spray Forming. Metals, 12(10). https://doi.org/10.3390/met12101552

Kazimirov, V. P., & Smyk, S. Yu. (2000). The analysis of the melt structure of the Fe–Sn system using the RMCA method. Journal of Physical Studies, 4(1), 68–72. [In Ukrainian]

Kazimirov, V.P., Sokolskii, V.E., Roik, O.S., & Samsonnikov, O.V. (2009). Structure of disordered systems. Theory, Experimental methods, modeling. Monograph. Publishing and Polygraphic Centre “The University of Kyiv”.

Liu, X., Zeng, M. Q., Ma, Y., & Zhu, M. (2008). Wear behavior of Al-Sn alloys with different distribution of Sn dispersoids manipulated by mechanical alloying and sintering. Wear, 265(11–12), 1857–1863. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.04.050

McAlister, A. J., & Kahan, D. J. (1983). The Al−Sn (Aluminum-Tin) System. Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 4(4), 410–414. https://doi.org/10.1007/BF02868095

McGreevy, R. L. (2001). Reverse Monte Carlo modelling. Journal of Physics: Condensed Matter, 13(46), R877. https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/46/201

Mcgreevy, R. L., & Pusztai, L. (1988). Reverse Monte Carlo Simulation: A New Technique for the Determination of Disordered Structures. Molecular Simulation, 1(6), 359–367. https://doi.org/10.1080/08927028808080958

Pathak, J. P., & Mohan, S. (2003). Tribological behaviour of conventional Al-Sn and equivalent Al-Pb alloys under lubrication. Bulletin of Materials Science, 26(3), 315–320. https://doi.org/10.1007/BF02707453

Predel, B. (1991). Al-Sn (Aluminum-Tin. Ac-Au– Au-Zr, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, pp. 1–3, https://doi.org/10.1007/10000866_144

Roik, O. S., Muratov, O. S., Yakovenko, O. M., Kazimirov, V. P., Golovataya, N. V., & Sokolskii, V. E. (2014). X-ray diffraction studies and Reverse Monte Carlo simulations of the liquid binary Fe–Si and Fe–Al alloys. Journal of Molecular Liquids, 197, 215–222. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.05.009

Stuczyñski, T. (1997). Metallurgical problems associated with the production of aluminium-tin alloys. Materials & Design, 18(4–6), 369–372. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(97)00078-2

Summer, F., Grün, F., Offenbecher, M., & Taylor, S. (2019). Challenges of friction reduction of engine plain bearings – Tackling the problem with novel bearing materials. Tribology International, 131, 238–250. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.10.042

Turchanin, M., Kolchugina, N., Watson, A., & Kroupa, A. (2014). Al-Fe Binary Phase Diagram Evaluation. MSI Eureka, 56, 20.10236.1.8. https://doi.org/10.7121/msi-eureka-20.10236.1.8

Wang, C. P., Wang, M. S., Deng, Y. L., Zhang, J. B., Yang, S. Y., Huang, Y. X., & Liu, X. J. (2022). Phase Equilibria in the Fe-Al-Sn Ternary System. Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 43(1), 51–57. https://doi.org/10.1007/s11669-022-00941-0