Ushbu tadqiqot ichi bo‘sh shisha mikrosferalar bilan mustahkamlangan alyuminiy matritsali sintaktik ko‘piklarda issiqlik ishlovi vaqtida yuz beradigan interfeys reaksiyalari mexanik mustahkamlik, siqilish deformatsiyasi va energiya yutish qobiliyatini qanday o‘zgartirishini o‘rganadi. Tadqiqotchilar ayni MZ40 turidagi shisha mikrosferalarni massa bo‘yicha taxminan %7, %9 va %12 kremniy saqlovchi ZL101, ZL104 va ZL102 Al-Si qotishmalariga vakuum-bosim infiltratsiyasi usuli bilan joylashtirgan. Kompozitlar avval 400 °C da tavlangan; bir qismi keyin 550 °C da 10 soat eritmaga olingan, suvga tashlangan va 170 °C da 14 soat qaritilgan.

Eritmaga olish vaqtida alyuminiy mikrosfera qobig‘idagi SiO₂ bilan reaksiyaga kirishib, asosan γ-Al₂O₃ saqlovchi g‘ovak va bo‘sh reaksion qatlam hosil qilgani aniqlangan. HGM/ZL101-STA namunasida tekshirilgan yirik mikrosferalarning %70,1 ida to‘liq reaksiya ko‘rinishi aniqlangan bo‘lsa, bu ulush HGM/ZL104-STA da %37,3, yuqoriroq kremniy saqlovchi HGM/ZL102-STA da esa atigi %8,2 bo‘lgan. Natijalar matritsaning kremniy ulushi oshgani sari interfeys reaksiyasi kinetik jihatdan bostirilishini ko‘rsatadi.

Kuchli reaksiya shisha mikrosferalarning yuk ko‘tarish qobiliyatini buzgan. HGM/ZL101 da eritmaga olish va qaritishdan so‘ng cho‘qqi siqilish kuchlanishi 155,56 MPa dan 151,32 MPa gacha, plato kuchlanishi esa 113,64 MPa dan 89,18 MPa gacha tushgan. Maxsus energiya yutish 50,30 kJ/kg dan 41,04 kJ/kg gacha kamaygan. HGM/ZL104 da ham xuddi shunday plato kuchlanishi va energiya yutish kamaygan.

Bunga qarshi yuqori kremniy ulushi reaksiyani cheklagan HGM/ZL102-STA namunasida issiqlik ishlovi ijobiy natija bergan. Cho‘qqi kuchlanishi 194,32 MPa dan 212,12 MPa gacha, plato kuchlanishi 138,78 MPa dan 151,87 MPa gacha va maxsus energiya yutish 57,82 kJ/kg dan 63,89 kJ/kg gacha oshgan. Shu tariqa matritsa qattiqlashishi bergan foyda mikrosfera qobig‘ining reaksiya bilan zaiflashishi tomonidan bostirilmagan.

Raqamli tasvir korrelyatsiyasi natijalari ham shikastlanish shakli reaksiya bilan o‘zgarishini ko‘rsatgan. Tavlangan HGM/ZL101 da taxminan 45° yo‘nalgan bitta katta kesish tasmasi namunani tez kesib o‘tgan bo‘lsa, kuchli reaksiyaga ega HGM/ZL101-STA da ko‘plab kichik va bir-biridan mustaqil kesish tasmalari ketma-ket hosil bo‘lgan. Natijada kuchlanish egri chizig‘i bitta keskin tushish o‘rniga arra tishiga o‘xshash bosqichma-bosqich pasayish ko‘rsatgan.

Turkiya nuqtai nazaridan baholash: Topilmalar Turkiyada avtomobil to‘qnashuv elementlari, relsli tizim bamperlari, yengil dengiz va aviatsiya konstruksiyalari, mudofaa maqsadidagi zarba yutgichlar va mashina himoya komponentlari uchun past zichlikdagi metall sintaktik ko‘piklarni ishlab chiqishga hissa qo‘shishi mumkin. Usulni Turkiyada qo‘llash uchun mahalliy shisha mikrosferalarning kimyoviy tarkibi va ezilish mustahkamligi, Al-Si qotishmasining haqiqiy kremniy va magniy ulushlari, infiltratsiya bir xilligi, reaksion qatlam qalinligi va issiqlik ishlovi oynasi alohida tasdiqlanishi kerak. Dinamik zarba, yuqori deformatsiya tezligi, charchash, harorat sikli va haqiqiy komponent miqyosidagi sinovlar bajarilmasdan ushbu tadqiqotdan ma’lum avtomobil, poyezd, kema yoki himoya konstruksiyasi uchun bevosita dizayn qiymati chiqarib bo‘lmaydi.

Ichi bo‘sh shisha mikrosfera/alyuminiy kompozit nima?

Ichi bo‘sh shisha mikrosfera/alyuminiy kompozitlar alyuminiy yoki alyuminiy qotishmasi matritsasi ichida ko‘p sonli yopiq shisha sferalar tarqalgan metall matritsali sintaktik ko‘piklardir. Klassik metall ko‘piklarda bo‘shliqlar tartibsiz hujayralar shaklida hosil bo‘lsa, sintaktik ko‘piklarda bo‘shliqlarning o‘lchami va geometriyasi ishlatilgan mikrosferalar bilan ko‘proq boshqariladi.

Shisha mikrosferalarning ichi bo‘sh bo‘lgani uchun material zichligi kamayadi. Shu bilan birga sfera qobiqlari siqilish vaqtida sinib, ularni o‘rab turgan metall matritsa plastik deformatsiyalanib va bo‘shliqlar bosqichma-bosqich yopilib energiya sarflanadi. Bu mexanizm uzun va nisbatan barqaror siqilish platosini hosil qilishi mumkin.

Tadqiqotda ishlatilgan kompozitlarning o‘rtacha zichligi taxminan 1,34–1,35 g/cm³. Mikrosferalarning hajm ulushi taxminan %69,2–69,6, jami g‘ovaklik esa taxminan %51,2–51,5 deb hisoblangan. Bu qiymatlar materialning katta qismi ichi bo‘sh mikrosferalar va ularning bo‘shliqlaridan iboratligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotning asosiy savoli

Alyuminiy qotishmalarida eritmaga olish va qaritish jarayonlari matritsa mustahkamligini oshirishi mumkin. Biroq shisha mikrosferalarning qobiqlari yuqori ulushda SiO₂ saqlaydi. Yuqori haroratda alyuminiy SiO₂ bilan reaksiyaga kirishib mikrosfera qobig‘ini kimyoviy jihatdan o‘zgartirishi mumkin.

Shu sabab tadqiqotning asosiy savoli: issiqlik ishlovi bilan metall matritsa mustahkamlanar ekan, shisha mikrosferalar interfeys reaksiyasi sabab zaiflashsa, kompozitning umumiy mexanik va energiya yutish unumdorligi qaysi yo‘nalishda o‘zgaradi?

Tadqiqotchilar bu muvozanatni uch xil kremniy ulushiga ega Al-Si qotishmasi bilan o‘rgangan. Asosiy faraz shuki, matritsadagi kremniy ulushi oshganda reaksiya natijasida ajralgan kremniyning matritsa tomon diffuziyasi uchun kimyoviy harakatlantiruvchi kuch kamayadi va shu tariqa interfeys reaksiyasi sekinlashadi.

Ishlatilgan Al-Si qotishmalari

ZL101 va ZL104 evtektik osti Al-Si qotishmalaridir. ZL102 ning kremniy ulushi evtektik tarkibga yaqinroq. ZL101 va ZL104 dagi magniy eritmaga olish va qaritishdan so‘ng cho‘kma bilan qattiqlashishga hissa qo‘shadi. ZL102 da magniy juda kam bo‘lgani uchun issiqlik ishloviga mustahkamlik javobi cheklanganroq.

MZ40 shisha mikrosferalarning xususiyatlari

Singan mikrosferalarni ajratish uchun deionizatsiyalangan suv bilan suzdirish usuli qo‘llangan va butun mikrosferalar 80 °C da quritilgan.

Preforma qanday tayyorlangan?

Mikrosferalar bosim qo‘llanmasdan 620 °C da 150 minut sinterlangan. 3-sahifadagi SEM tasvirida sferalar bir-biriga kichik sinter bo‘yinlari bilan bog‘langani ko‘rinadi.

Bu bog‘lanishlar suyuq alyuminiy infiltratsiyasi vaqtida hosil bo‘ladigan tortish kuchlariga qarshi mikrosferalarning siljishini cheklaydi va bir xilliroq tuzilma olishga yordam beradi.

Vakuum-bosim infiltratsiyasi

Kompozitlar ZYQ250/250-10.1500 turidagi vakuum-bosim infiltratsiya pechida tayyorlangan. Qo‘llangan asosiy sharoitlar:

Pech vakuumlangach va mikrosfera preformasi qizdirilgach, yuqori bosimli argon erigan alyuminiyni qolipga va mikrosferalar orasidagi bo‘shliqlarga itargan. Namunalar infiltratsiya kirishidan 50 mm uzoqlikdagi hududdan olingan.

Har bir kompozit uchun kamida besh parallel namuna tayyorlangan va natijalar o‘rtachasi baholangan. Biroq tadqiqot barcha jadval natijalari uchun standart og‘ish yoki ishonch oralig‘ini bermagan.

Issiqlik ishlovi guruhlari

550 °C dagi 10 soatlik eritmaga olish sharoiti aniq reaksion qatlam hosil qilish maqsadida nisbatan og‘ir tanlangan. Shu sabab natijalar qisqaroq yoki pastroq haroratli sanoat issiqlik ishlovi dasturlarini bevosita ifodalamasligi mumkin.

Matritsa qotishmalarining issiqlik ishloviga javobi

ZL101 va ZL104 ning oqish mustahkamligi qaritish bilan uch martadan ko‘proq oshgan. Bunga qarshi cho‘zilish qiymatlari sezilarli kamaygan. Tadqiqotchilar bu xatti-harakatni Mg saqlovchi qotishmalarda hosil bo‘ladigan β″ va β′ turidagi mayda cho‘kmalar dislokatsiya harakatini to‘sishi bilan izohlaydi.

ZL102 da Mg bo‘lmagani uchun cho‘kma bilan qattiqlashish cheklangan; oqish mustahkamligidagi oshish taxminan %32,8 bo‘lgan. Evtektik kremniyning sferoidlashishi esa kuchlanish to‘planishini kamaytirgan va cho‘zilish ulushining biroz oshishiga hissa qo‘shgan.

Kompozitlar zichligi va mikrosfera ulushi

Kompozit zichligi Arximed usuli bilan o‘lchangan:

\[ \rho_{\mathrm{sf}}=\frac{m_1}{m_1-m_0}(\rho_0-\rho_1)+\rho_1 \]

Bu yerda m₁ kompozitning havodagi, m₀ suyuqlik ichidagi massasini; ρ₀ suyuqlik va ρ₁ havo zichligini bildiradi.

Mikrosfera hajm ulushi:

\[ V_{\mathrm{HGM}}=\frac{\rho_m-\rho_{\mathrm{sf}}}{\rho_m-\rho_{\mathrm{HGM}}} \]

va jami g‘ovaklik:

\[ V_p=P_0V_{\mathrm{HGM}} \]

tenglamalari bilan hisoblangan.

Guruhlar orasidagi zichlik va mikrosfera hajmi farqlarining kichikligi mexanik farqlar faqat g‘ovaklik ulushidan kelib chiqishi ehtimolini kamaytiradi.

Interfeys reaksiyasi

Alyuminiy bilan mikrosfera qobig‘idagi kremniy oksidi orasidagi asosiy reaksiya:

\[ 4\mathrm{Al}+3\mathrm{SiO}_2\rightarrow2\mathrm{Al}_2\mathrm{O}_3+3\mathrm{Si} \]

Reaksiya suyuq va qattiq alyuminiy uchun alohida tenglamalarda ko‘rsatilgan, ammo kimyoviy stexiometriya bir xil qolgan. Alyuminiy SiO₂ ni qaytaradi; alumina va matritsada erishi yoki cho‘kishi mumkin bo‘lgan elementar kremniy hosil bo‘ladi.

400 °C va 550 °C uchun hisoblangan Gibbs erkin energiya o‘zgarishlari mos ravishda −533,44 va −501,95 kJ/mol. Manfiy qiymatlar reaksiya har ikki haroratda ham termodinamik jihatdan mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq sodir bo‘ladigan reaksiya miqdorini harorat, vaqt va elementlar diffuziya tezligi belgilaydi.

Reaksiya mahsuloti qanday aniqlangan?

7-sahifadagi TEM tasvirida HGM/ZL101-STA interfeysida taxminan 2,3 µm qalinlikdagi uzluksiz reaksion zona ko‘rinadi.

Yuqori aniqlikdagi TEM tasvirlarida 0,198 nm va 0,140 nm panjara oralig‘i o‘lchangan; tanlangan maydon elektron difraksiyasidagi halqalar kubik γ-Al₂O₃ fazasining (400) va (440) tekisliklariga moslashtirilgan.

Tadqiqotchilar qatlam faqat sof γ-Al₂O₃ emasligini; asosan shu fazadan iborat, oz miqdorda boshqa fazalarni ham saqlashi mumkin bo‘lgan aralashma ekanini bildiradi.

Kremniy ulushi reaksiyani qanday o‘zgartirdi?

Matritsaning kremniy ulushi oshgani sari reaksiya miqdori uzluksiz kamaygan. Tadqiqotchilarga ko‘ra reaksiya bilan ajralgan kremniyning past kremniyli alyuminiy matritsasiga diffuziyasi kuchliroq konsentratsiya gradienti bilan amalga oshadi. Matritsa allaqachon yuqori miqdorda kremniy saqlaganda bu gradient va shunga mos ravishda reaksiya rivojlanish tezligi kamayadi.

Bu yerdagi “to‘liq reaksiya” ulushi tadqiqot ichidagi maxsus sanash mezonini ifodalashini unutmaslik kerak. Sanash 200× kattalashtirishda, 630×350 µm tasvir maydonida, diametri 20 µm dan katta va alyuminiy tomonidan bosib olinmagan mikrosferalarda bajarilgan. Natijalar butun mikrosfera qobig‘i uch o‘lchamli tarzda to‘liq reaksiyaga kirishganini bevosita ko‘rsatmaydi.

Reaksion qatlamning o‘sishi

HGM/ZL104 da bajarilgan EDS chiziqli skanida tavlangan holatda taxminan 60 nm, STA holatida esa taxminan 1,2 µm qalinlikdagi reaksion qatlam o‘lchangan.

Haroratning diffuziyaga ta’siri Arrhenius munosabati bilan izohlangan:

\[ D=D_0\exp\left(-\frac{Q}{RT}\right) \]

D diffuziya koeffitsienti, D₀ old ko‘paytuvchi, Q aktivatsiya energiyasi, R gaz konstantasi va T mutlaq haroratni bildiradi. Harorat oshgani sari D eksponensial ravishda kattalashadi.

Reaksion qatlamning diffuziya nazoratidagi o‘sishi uchun:

\[ \frac{dx}{dt}=\frac{k}{2x} \]

munosabati berilgan. x reaksion qatlam qalinligi, t vaqt va k parabolik tezlik konstantasi. Qatlam qalinlashgani sari Al atomlarining reaksiya frontiga yetib borishi qiyinlashadi va oniy o‘sish tezligi kamayadi.

Tadqiqot talqiniga ko‘ra 400 °C da o‘sishni asosan interfeys kimyoviy reaksiyasining sekinligi cheklaydi, 550 °C da esa kimyoviy to‘siq zaiflashib element diffuziyasi asosiy tezlik nazorat bosqichiga aylanadi.

Nano g‘ovaklar nega hosil bo‘ladi?

Reaksion qatlamda taxminan 30–90 nm o‘lchamdagi g‘ovaklar kuzatilgan. Tadqiqotchilar g‘ovak hosil bo‘lishini ikki umumiy mexanizm bilan izohlaydi:

• Al atomlari ichkariga va reaksiya bilan hosil bo‘lgan Si atomlari tashqariga turli tezlikda tarqalishi sabab Kirkendall bo‘shliqlari hosil bo‘lishi,
• SiO₂ va Al ning atomlari zichroq joylashgan reaksiya mahsulotlariga aylanishi vaqtida hajm qisqarishi.

Faqat SiO₂ dan γ-Al₂O₃ hosil bo‘lishi hisobga olinganda molyar hajm qisqarishi %13,6, barcha qattiq mahsulotlar hisobga olinganda %12,1 deb hisoblangan.

Bo‘shliqlar reaksion qatlam zichligini kamaytiradi, mahalliy kuchlanish to‘planishi hosil qiladi va siqilish vaqtida yoriqlar boshlanishini osonlashtiradi. Shu bilan birga ular oldinga siljiyotgan atomlar oldida jismoniy to‘siq hosil qilib, reaksiyaning yanada o‘sishini sekinlashtirishi ham mumkin.

Siqilish egri chiziqlarining to‘rt bosqichi

1. Elastik hudud: Taxminan %3,2 deformatsiyagacha kuchlanish deyarli chiziqli oshadi.
2. Dastlabki kuchlanish tushishi: Mikrosfera sinishi va kesish tasmasi hosil bo‘lishi sabab kuchlanish tez kamayadi.
3. Plato hududi: Mikrosferalar bosqichma-bosqich sinadi, metall matritsa plastik deformatsiyalanadi va tuzilma uzoq deformatsiya oralig‘ida yuk ko‘taradi.
4. Zichlashish: Taxminan %61 deformatsiyadan so‘ng bo‘shliqlar yopiladi va kuchlanish tez ko‘tariladi.

Barcha kompozitlarning zichlashish deformatsiyasi taxminan %61. Buning asosiy sababi ayni mikrosferalar, o‘xshash mikrosfera hajm ulushi va ayni ishlab chiqarish usuli ishlatilganidir.

Siqilish mustahkamligi natijalari

Nega issiqlik ishlovi ZL101 va ZL104 kompozitlarini zaiflashtirdi?

Aralashma qoidasiga ko‘ra, mikrosferalar shikastlanmaganida matritsaning cho‘kma bilan qattiqlashishi HGM/ZL101 va HGM/ZL104 kompozitlarining mustahkamligini mos ravishda taxminan %120,46 va %113,79 oshirishi mumkin edi.

Amalda HGM/ZL101-STA ning cho‘qqi kuchlanishi %2,7, plato kuchlanishi %21,5 kamaygan. HGM/ZL104-STA da cho‘qqi kuchlanishi %5,9, plato kuchlanishi %24,0 tushgan.

Bu natija mikrosferalarning interfeys reaksiyasi bilan zaiflashishi metall matritsa qattiqlashishidan ustun bo‘lganini ko‘rsatadi. Ayniqsa uzun plato hududida yuk ko‘tarish qobiliyati eng zaif mikrosferalarning ketma-ket sinishiga sezgir.

Nega ZL102 yaxshilandi?

HGM/ZL102 da yuqori kremniy miqdori reaksiyani katta darajada cheklagan. Shu sabab mikrosfera qobiqlarining yuk ko‘tarish qobiliyati saqlangan va matritsaning nisbatan cheklangan qattiq eritma qattiqlashishi kompozit unumdorligiga aks etgan.

HGM/ZL102-STA da cho‘qqi kuchlanishi %9,2, plato kuchlanishi %9,4 oshgan. Matritsa qattiqlashishi uchun hisoblangan nazariy oshish %11,82. O‘lchangan oshishning bu bashoratga yaqinligi interfeys shikastlanishi past bo‘lgan degan talqinni qo‘llab-quvvatlaydi.

“Eng kuchli” va “eng zaif” mikrosfera nazorati

Tadqiqot cho‘qqi va plato kuchlanishlari turli mexanizmlar bilan boshqarilishini ilgari suradi.

Cho‘qqi kuchlanishi: eng kuchli mikrosfera nazorati

Birinchi katta kesish tasmasi hosil bo‘lishidan oldin past mustahkamlikdagi mikrosferalar mahalliy ravishda sinishi mumkin. Ammo kuchlanish to‘planishi hududidagi eng yuqori yuk ko‘tarish qobiliyatiga ega mikrosfera sinmaguncha makroskopik kesish tasmasi rivojlana olmaydi. Shu sabab cho‘qqi kuchlanishini “eng kuchli mikrosferalar” belgilaydi deb ilgari suriladi.

Plato kuchlanishi: eng zaif mikrosfera nazorati

Plato vaqtida mavjud kesish tasmasiga yaqin zaif mikrosferalar ketma-ket sinib, tasma rivojlanishi mumkin bo‘lgan past qarshilikli yo‘l hosil qiladi. Shu sabab plato kuchlanishi qisman “eng zaif mikrosferalar”ning yuk ko‘tarish qobiliyatiga bog‘liq.

Bu talqin kuchli reaksiyaga ega ZL101 va ZL104 kompozitlarida plato kuchlanishi cho‘qqi kuchlanishiga qaraganda ancha ko‘proq kamayishini tushuntirish uchun ishlatilgan. Mexanizm bevosita alohida mikrosferalar kuchini o‘lchashga emas, SEM, DIC va makroskopik egri chiziqlarning birgalikdagi talqiniga asoslangan.

DIC tasvirlari shikastlanish shaklida nimani ko‘rsatdi?

15-sahifadagi raqamli tasvir korrelyatsiyasi natijalarida HGM/ZL101-O va HGM/ZL101-STA taqqoslangan.

Tavlangan HGM/ZL101-O

• Dastlab deformatsiya yuzaga nisbatan bir xil taqsimlangan.
• Taxminan %3 deformatsiyada siqilish yo‘nalishiga taxminan 45° burchakli bitta zichlashish tasmasi hosil bo‘lgan.
• Cho‘qqidan keyin tasma namunani tez kesib o‘tgan.
• Kuchlanish egri chizig‘ida keskin va bosqichli tushish yuz bergan.

HGM/ZL101-STA

• %1,8 deformatsiyadan boshlab pastki yuzaga yaqin bir nechta mahalliy zichlashish hududlari ko‘rilgan.
• Taxminan %2,4 cho‘qqidan keyin bu hududlar mustaqil kichik kesish tasmalariga aylangan.
• Bitta tasma namunani birdan kesib o‘tishi o‘rniga tarqalgan va progressiv shikastlanish hosil bo‘lgan.
• Kuchlanish egri chizig‘i arra tishiga o‘xshash sekinroq pasayish ko‘rsatgan.

Tadqiqotchilar bu o‘zgarishni reaksiya barcha mikrosferalarda bir xil miqdorda yuz bermagani sabab ularning yuk ko‘tarish qobiliyatlari bir-biridan uzoqlashishi bilan bog‘laydi. Turli darajada zaif mikrosferalar turli yuk darajalarida singani uchun shikastlanish bitta tekislikda to‘planish o‘rniga ko‘plab kichik hududlarda boshlanadi.

Sinish yuzalari

Tavlangan HGM/ZL101 da alyuminiy matritsa ustida plastik deformatsiyani ko‘rsatuvchi yirtilish qirralari ko‘rilgan. Mikrosfera singan qirralari silliqroq va uzluksizroq, ayrim qobiqlar esa matritsa bilan birga bir nechta yoriq tashiydi.

STA holatida qalin reaksion qatlam yoriq boshlanish hududiga aylangan. Mikrosferalar pastroq kuchlanishlarda singan, qo‘shni sferalarda ketma-ket shikastlanish rivojlangan. Shu bilan birga qattiqlashgan matritsaning egiluvchanligi kamaygan; yirtilish qirralari soni tushgan va ayrim hududlarda 10 µm dan katta tekis yorilish yuzalari ko‘rilgan.

Energiya yutish qanday hisoblangan?

Birlik hajm boshiga energiya yutish:

\[ W=\int_0^{\varepsilon_m}\sigma\,d\varepsilon \]

tenglamasi bilan hisoblangan. Bu yerda σ siqilish kuchlanishi, ε deformatsiya va ε_m zichlashish deformatsiyasi.

Massa boshiga maxsus energiya yutish esa:

\[ SEA=\frac{W}{\rho} \]

tenglamasi bilan olingan. ρ kompozit zichligi.

HGM/ZL101-STA ning maxsus energiya yutishi taxminan %18,4, HGM/ZL104-STA niki taxminan %19,9 kamaygan. HGM/ZL102-STA da esa taxminan %10,5 oshish yuz bergan.

Eng yuqori maxsus energiya yutish HGM/ZL102-STA da 63,89 kJ/kg deb o‘lchangan. Tavlangan HGM/ZL104-O ham 61,76 kJ/kg bilan yuqori unumdorlik ko‘rsatgan.

Nega ZL104 alohida muhim?

ZL104 matritsasi cho‘kma bilan qattiqlashishga kuchli javob bergan bo‘lsa-da, 550 °C dagi uzoq eritmaga olish vaqtida interfeys reaksiyasi sezilarli oshgan. Shu sabab matritsaning nazariy mustahkamlash salohiyati kompozitga aks etmagan.

Tadqiqotchilar pastroq harorat yoki qisqaroq vaqt kabi optimallashtirilgan issiqlik ishlovi bilan ZL104 matritsasining qattiqlashishidan foydalanib, mikrosfera reaksiyasini cheklash mumkin deb hisoblaydi. Bu taklif tadqiqot ichida tajribaviy sinovdan o‘tkazilmagan, kelajak tadqiqoti imkoniyati sifatida berilgan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Ayni mikrosfera va ishlab chiqarish usuli bilan uch xil Al-Si matritsa taqqoslangan.
• Har bir kompozit uchun kamida besh parallel namuna tayyorlangani bildirilgan.
• Mikrosfera ulushi va zichlik guruhlar orasida bir-biriga yaqin.
• Reaksiya mahsuloti faqat EDS bilan emas, TEM, HRTEM va SAED bilan ham o‘rganilgan.
• Reaksion qatlam qalinligi va Al tarqalish masofasi miqdoriy baholangan.
• Interfeys reaksiyasi ulushi tasvir tahlili bilan miqdorlashtirilgan.
• Matritsa qotishmalarining mexanik xususiyatlari alohida o‘lchangan.
• Siqilish egri chiziqlari bilan birga DIC deformatsiya xaritalari ishlatilgan.
• Shikastlanish mexanizmi SEM sinish yuzalari bilan qo‘llab-quvvatlangan.
• Hajmiy va maxsus energiya yutish birgalikda bildirilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari

• Tadqiqot peer review’dan o‘tmagan preprint.
• 550 °C da 10 soatlik eritmaga olish aynan kuchli reaksiya hosil qilish uchun tanlangan va odatiy ishlab chiqarish sharoitlarini ifodalamasligi mumkin.
• Interfeys reaksiyasi ulushi faqat diametri 20 µm dan katta mikrosferalar bo‘yicha hisoblangan; median mikrosfera diametri 13,6 µm.
• Ikki o‘lchamli kesim tasviri butun mikrosfera qobig‘ining uch o‘lchamli reaksiya miqdorini bevosita ko‘rsatmaydi.
• Reaksiya ulushi uchun standart og‘ish yoki sanalgan jami mikrosfera soni berilmagan.
• Kompozit mexanik natijalarining ko‘pi uchun xato chizig‘i va statistik ahamiyat tahlili berilmagan.
• DIC taqqoslash faqat HGM/ZL101 da bajarilgan.
• Tadqiqot faqat 0,001 s⁻¹ tezlikdagi kvazistatik yuklashni o‘rgangan.
• Zarba, portlash va yuqori deformatsiya tezligidagi energiya yutish o‘lchanmagan.
• Charchash, takroriy siqilish va siklik shikastlanish o‘rganilmagan.
• Ishlab chiqarish quymasining faqat ma’lum joyidan namuna olingan; o‘q bo‘ylab bir xillik batafsil xaritalanmagan.
• Mikrosfera qobiqlarining individual ezilish mustahkamligi issiqlik ishlovidan keyin bevosita o‘lchanmagan.
• “Eng kuchli” va “eng zaif” mikrosfera mexanizmlari bevosita bir sferali tajribalar bilan tasdiqlanmagan.
• Reaksion qatlamdagi ozchilik fazalar aniq identifikatsiya qilinmagan.
• Issiqlik ishlovidan keyingi haqiqiy qoldiq kuchlanish va interfeys bog‘lanish mustahkamligi o‘lchanmagan.
• Uzoq muddatli harorat, namlik va korroziyaga chidamlilik o‘rganilmagan.
• Haqiqiy avtomobil, relsli tizim yoki himoya konstruksiyasi komponentida sinov bajarilmagan.
• Ishlab chiqarish xarajati, seriyali ishlab chiqarish va qayta ishlash baholanmagan.

Manbadagi muhim hisobot muammolari

• Xulosa bo‘limida HGM/ZL101 cho‘qqi kuchlanishi %6 kamaygani yozilgan; 6-jadvaldagi 155,56 va 151,32 MPa qiymatlar taxminan %2,7 kamayishga mos keladi.
• %5,9–6 darajasidagi cho‘qqi kuchlanishi pasayishi HGM/ZL104 uchun to‘g‘ri.
• 6-rasm izohida (e) va (f) namunalari yana HGM/ZL101 deb yozilgan; tajriba ketma-ketligi va asosiy matn ularning HGM/ZL102 ekanini ko‘rsatadi.
• 14-rasm “tortish sinish morfologiyasi” deb nomlangan; asosiy matn namunalar siqilish vaqtida kesish tasmasidan uzilib chiqqan qismlar ekanini bildiradi.
• 7-jadvalda kompozit nomlari HGM/ZL o‘rniga MZ40/ZL shakliga o‘zgartirilgan; ayni material guruhlarini ifodalashi tushuniladi.
• “To‘liq interfeys reaksiyasi” ifodasi ko‘rinadigan kesim morfologiyasiga asoslangan va butun sferaning to‘liq hajmiy o‘zgarishi sifatida talqin qilinmasligi kerak.
• Interfeys reaksiyasi miqdori uchun baholangan mikrosfera soni va namunalararo taqsimot berilmagan.
• Issiqlik kengayish koeffitsientlari qiymatlarining materiallar bilan moslashtirish tartibi manbada alohida tekshiruv talab qiladi.

Tadqiqot qaysi natijalarni qo‘llab-quvvatlaydi?

• Vakuum-bosim infiltratsiyasi bilan taxminan 1,34–1,35 g/cm³ zichlikdagi HGM/Al sintaktik ko‘pik ishlab chiqarilgan.
• 550 °C da uzoq muddatli eritmaga olish Al bilan shisha qobiqdagi SiO₂ orasidagi reaksiyani sezilarli oshirgan.
• Reaksion qatlamning asosiy komponenti metastabil γ-Al₂O₃ deb aniqlangan.
• Reaksion qatlamda 30–90 nm o‘lchamdagi g‘ovaklar hosil bo‘lgan.
• Matritsaning kremniy ulushi oshgani sari to‘liq reaksiya ko‘rinishi tashuvchi mikrosferalar ulushi kamaygan.
• Kuchli reaksiya HGM/ZL101 va HGM/ZL104 ning plato kuchlanishi va energiya yutishini kamaytirgan.
• Yuqori kremniyli ZL102 matritsasi interfeys reaksiyasini katta darajada cheklagan.
• HGM/ZL102-STA 212,12 MPa cho‘qqi kuchlanishi va 63,89 kJ/kg maxsus energiya yutishga erishgan.
• Kuchli reaksiya bitta katta kesish tasmasidan ko‘p sonli kichik kesish tasmalariga o‘tish bilan bog‘langan.
• Plato kuchlanishi qisman mikrosfera zaiflashishiga cho‘qqi kuchlanishidan ko‘ra sezgirroq.

Tadqiqot qaysi natijalarni isbotlamaydi?

• %12 kremniy barcha shisha mikrosfera/alyuminiy tizimlari uchun universal optimal ekanini isbotlamaydi.
• 550 °C va 10 soatlik jarayon sanoat jihatdan eng ma’qul issiqlik ishlovi ekanini ko‘rsatmaydi.
• HGM/ZL102 haqiqiy zarba va portlash yuklarida eng yaxshi kompozit bo‘lishini isbotlamaydi.
• Kvazistatik energiya yutish qiymatlari yuqori tezlikdagi to‘qnashuvda bir xil qolishini ko‘rsatmaydi.
• Interfeys reaksiyasini butunlay oldini olish mumkinligini ko‘rsatmaydi.
• Reaksion qatlamdagi barcha fazalar γ-Al₂O₃ ekanini isbotlamaydi.
• Har bir mikrosferaning yuk ko‘tarish qobiliyatini alohida o‘lchamaydi.
• Kompozitlarning charchash va uzoq muddatli chidamliligini ko‘rsatmaydi.
• Material avtomobil yoki mudofaa komponenti sifatida bevosita ishlatishga tayyor ekanini isbotlamaydi.
• Ishlab chiqarish iqtisodiy, masshtablanuvchan yoki ekologik jihatdan ustun ekanini baholamaydi.

Tadqiqot usuli va topilmalari

Tajriba usuli qisqacha

Matritsa va interfeys munosabati

Asosiy miqdoriy topilmalar

Issiqlik ishlovidan oldingi va keyingi unumdorlik o‘zgarishi

Dalil darajalarini ajratish

Qo‘llash nuqtai nazaridan asosiy xulosa

Issiqlik ishlovi tanlovi faqat alyuminiy matritsaning qattiqlashishiga qarab qilinmasligi kerak. Mikrosfera qobig‘ining kimyoviy barqarorligi bir vaqtda baholanishi lozim. Matritsa juda kuchli qattiqlashsa ham, reaksion qatlam mikrosferalarni zaiflashtirsa kompozit unumdorligi pasayishi mumkin.

Tadqiqot ma’lumotlari matritsadagi yuqoriroq kremniy interfeys reaksiyasini cheklash uchun samarali tarkib vositasi bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq yuqori kremniyning egiluvchanlik, ishlov berish, quyish xatti-harakati va boshqa xizmat xususiyatlariga ta’siri ushbu tadqiqot doirasida baholanmagan.

Manba va usul eslatmasi

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Influence of Interfacial Reaction on Mechanical Properties and Energy Absorption Performance of HGM/Al Composites

Mualliflar va to‘g‘ri tartibi: Fangzhou Zhang, Yangwei Wang, Daiyuan Li, Jiawei Bao, Rui An, Changle Zhang

Teng birinchi muallif yoki teng hissa: Yuklangan versiyada teng birinchi mualliflik yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Mas’ul muallif: Jiawei Bao

Mas’ul muallif elektron pochtasi: baojiawei993@163.com

Muallif elektron pochtalari:

• Fangzhou Zhang: 15262996767@163.com
• Yangwei Wang: wangyangwei@bit.edu.cn
• Daiyuan Li: ldy010914@163.com
• Jiawei Bao: baojiawei993@163.com
• Rui An: bitanrui@163.com
• Changle Zhang: zhangchangle1209@163.com

Muassasa aloqalari:

• School of Materials Science and Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
• Tangshan Research Institute, Beijing Institute of Technology, Tangshan 063000, China
• Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang 471023, China

Muallif-muassasa mosligi:

• Fangzhou Zhang: Beijing Institute of Technology, School of Materials Science and Engineering
• Yangwei Wang: Beijing Institute of Technology, School of Materials Science and Engineering
• Daiyuan Li: Beijing Institute of Technology, School of Materials Science and Engineering
• Jiawei Bao: Beijing Institute of Technology, School of Materials Science and Engineering
• Rui An: Tangshan Research Institute, Beijing Institute of Technology
• Changle Zhang: Luoyang Ship Material Research Institute

ORCID: Yuklangan versiyada ORCID ma’lumoti yo‘q.

DOI:10.2139/ssrn.7195560

Jurnal: Peer-reviewed jurnalda nashr etilmagan.

Asl jurnal nashriyoti: Mavjud emas.

Nashr platformasi: SSRN

Nashr sanasi: 28 July 2026 deb ko‘rinadi.

Sahifa soni: 25

Manba turi: Alyuminiy matritsali sintaktik ko‘pik ishlab chiqarish, issiqlik ishlovi, interfeys tavsifi, kvazistatik siqilish va energiya yutish tajribalarini o‘z ichiga olgan preprint tadqiqoti

Peer-review holati: Tadqiqot peer review’dan o‘tmagan. Yuklangan versiyaning barcha sahifalarida “Preprint not peer reviewed” ogohlantirishi mavjud.

Rasmiy havola:SSRN rasmiy preprint sahifasi

Moliyalashtirish: Mualliflar tadqiqot davlat, tijoriy yoki notijorat moliyalashtirish tashkilotlaridan maxsus yordam olmaganini bildirgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar tadqiqotga ta’sir qilishi mumkin bo‘lgan ma’lum moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat yo‘qligini bildirgan.

Ma’lumotga kirish: Ma’lumotlar talab bo‘yicha ulashilishi bildirilgan. Xom mikroskopiya, DIC va mexanik sinov ma’lumotlari uchun ochiq ma’lumot ombori havolasi berilmagan.

Muallif hissalari:

• Fangzhou Zhang: Tadqiqot, dastlabki qoralama, ko‘rib chiqish va tahrirlash
• Yangwei Wang: Konseptualizatsiya, loyiha boshqaruvi, ko‘rib chiqish va tahrirlash
• Daiyuan Li: Tadqiqot
• Jiawei Bao: Nazorat, ko‘rib chiqish va tahrirlash
• Rui An: Nazorat, ko‘rib chiqish va tahrirlash
• Changle Zhang: Tadqiqot va nazorat

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan tadqiqotning matni, to‘qqiz tenglamasi, yetti jadvali, o‘n besh asosiy rasmi, 20–25-sahifalarda takror berilgan rasmlar, mikrosfera preforma tasviri, qotishma mikrotuzilmalari, tortish va siqilish egri chiziqlari, SEM-EDS xaritalari, TEM-HRTEM-SAED tahlili, reaksiya ulushi grafigi, DIC deformatsiya xaritalari, sinish morfologiyalari va energiya yutish natijalari ko‘rib chiqilib tayyorlangan.

Tashqi manbalar faqat SSRN yozuvi, sarlavha, DOI va nashr vaqtining bibliografik identifikatsiyasini tasdiqlash maqsadida ishlatilgan. Tadqiqotning ilmiy mazmuniga tashqi manbalardan tajriba natijasi qo‘shilmagan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: peer review’dan o‘tmaganligi, og‘ir eritmaga olish sharoiti aynan reaksiyani ko‘rinadigan qilish uchun tanlangani, reaksiya sanog‘i faqat yirik mikrosferalarga tayangani, statistik noaniqliklar cheklangan bildirilgani, DIC tahlili faqat bitta qotishmaga qo‘llangani va barcha energiya yutish natijalari kvazistatik siqilish tajribalaridan olinganidir.