Випуски $\rightarrow$ Том 26, випуск 4 (2025)

Виробництво композитів на основі алюмінійової матриці з вуглецевими нанотрубками: наноструктура та механічні властивості

ВОЛОШКО С.М.$^{1}$, МОРДЮК Б.М.$^{2}$, ВАСИЛЬЄВ М.О.$^{2}$

$^1$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського, Берестейський просп. 37; 03056 Київ, Україна
$^2$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36; 03142 Київ, Україна

Отримано / остаточна версія: 26.04.2025 / 13.10.2025 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Зростаюча потреба у деталях з високим співвідношенням міцности до ваги є рушійною силою попиту на нові легкі матеріяли для аерокосмічної й автомобільної промисловостей. У зв’язку з цим метою представленої статті є розгляд аспектів виробництва нового класу легких матеріялів з високим рівнем питомої міцности. Композити алюміній/вуглецеві нанотрубки (Al/ВНТ) належать до таких матеріялів. У представленому огляді охарактеризовано наступні сучасні методи одержання таких композитів: оброблення тертям із перемішуванням, процес вальцювання порошку, процес екструзії порошку, кручення під високим тиском, інфільтрація до преформи, спікання без тиску у вакуумі, модифікована техніка литва з перемішуванням, іскрове плазмове спікання, лазерне адитивне виробництво. Наведено результати експериментальних досліджень механічних характеристик композитів Al/ВНТ, одержаних різними методами, та спостереження формування наноструктури залежно від вмісту ВНТ. Розглянуто механізми зміцнення в системах Al/ВНТ.

Ключові слова: алюміній, композити, вуглецеві нанотрубки, синтеза, наноструктура, питома міцність, твердість.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.26.04.***

Citation: S.M. Voloshko, B.M. Mordyuk, and M.O. Vasylyev, Production of Aluminium-Matrix-Based Composites with Carbon Nanotubes: Nanostructure and Mechanical Properties, Progress in Physics of Metals, 26, No. 4: ***–*** (2025)

Цитована література   
  1. P. Sarmah and K. Gupta, Materials, 17: 4635 (2024); https://doi.org/10.3390/ma17184635
  2. A. Bhowmik, R. Kumar, N. Beemkumar, A.V. Kumar, G. Singh, A. Kulshreshta, V.S. Mann, and A.J. Santhosh, Results Eng., 24: 103152 (2024); https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103152
  3. M. Venkatraman and M.A. Xavior, Results Eng., 25: 104492 (2025); https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104492
  4. M.S.K.K.Y. Nartu, and P. Agrawal, Mater. Design, 252: 113609 (2025); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.113609
  5. J. Liu, R.Q. Ding, J.M. Cao, K. Zhan, S.Q. Li, B. Zhao, and V. Ji, Carbon, 228: 119382 (2024); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119382
  6. K. Pooja, N. Tarannum, and P. Chaudhary, Discov. Mater., 5: 35 (2025); https://doi.org/10.1007/s43939-025-00226-6
  7. K. Morsi, M. Krommenhoek, and M. Shamma, Met. Mater. Trans. A, 47: 2574–2578 (2016); https://doi.org/10.1007/s11661-016-3423-9
  8. K.A. Sheikh and M.M. Khan, J. Alloys Metall. Syst., 10: 100173 (2025); https://doi.org/10.1016/j.jalmes.2025.100173
  9. T. Mahmud, S. Mia, R. Ahammad, and M.S. Shaikh, Hybrid Adv., 8: 100355 (2025); https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2024.100355
  10. M.Y. Khalid, R. Umer, and K.A. Khan, Results Eng., 20: 101372 (2023); https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101372
  11. B. Singh, I. Kumar, K.K. Saxen, K.A. Mohammed, M.I. Khan, S.B. Moussa, and S.S. Abdullaev, Alexandria Eng. J., 76: 1 (2023); https://doi.org/10.1016/j.aej.2023.06.028
  12. E. Georgantzia, M. Gkantou, and G.S. Kamaris, Eng. Struct., 227: 111372 (2021); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111372
  13. M.Y. Khalid, A.A. Rashid, and M.F. Sheikh, Exp. Tech., 15: 51040 (2021); https://doi.org/10.1007/s40799-020-00433-1
  14. S. Tejyan, C. Lal, C.K. Ror, and V. Singh, J. Eng. Res., 13: 131 (2025); https://doi.org/10.1016/j.jer.2023.08.002
  15. A. Thakur, D. Bandhu, D.R. Peshwe, Y.Y. Mahajan, K.K. Saxena, and S.M. Eldin, J. Mater. Res. Technol., 26: 267 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.07.121
  16. H.M.I. Al-Zuhairi and S.A. Amin, AI Rafidain J. Eng. Sci., 3: 450 (2025); https://doi.org/10.61268/eqmby745
  17. M.M. Adil, M.M.H. Parvez, M.M. Hassan, R. Ahmed, M.N. Quader, A.B. Rashid, and I. Ahmed, Results Eng., 22: 101990 (2024); https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101990
  18. S. Iijima, Nature, 354: 56 (1991); https://doi.org/10.1038/354056a0
  19. E.T. Thostenson, Z. Ren, and T.W. Chou, Composites Sci. Technol., 61: 1899 (2001); https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00094-X
  20. S. Rathinavel, K. Priyadharshini, and D. Panda, Mater. Sci. Eng. B, 268: 115095 (2021); https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115095
  21. K.J. Hughes, Kavita A. Iyer, R.E. Bird, J. Ivanov, S. Banerjee, G. Georges, and Q.Q.A. Zhou, ACS Appl. Nano Mater., 7: 18695 (2024); https://doi.org/10.1021/acsanm.4c02721
  22. A. Yahyazadeh, S. Nanda and A.K. Dalai, Reactions, 5: 429 (2024); https://doi.org/10.3390/reactions5030022
  23. W.M. Thomas, E.D. Nicholas, J.C. Needham, M.G. Murch, P. Templesmith, and C.J. Dawes, G.B. Patent Application No. 9125978.8 (December 1991).
  24. R.S. Mishra and Z.Y. Ma, Mater. Sci. Eng. R, 50: 1 (2005); https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.07.001
  25. Z.Y. Liu, B.L. Xiao, W.G. Wang, and Z.Y. Ma, Carbon, 50: 843 (2012); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.12.034
  26. A.M.K. Esawi and M.A. El Borady, Composites Sci. Technol., 68: 486 (2008); https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2007.06.030
  27. J. Yuuki, H. Kwon, A. Kawasaki, A. Magario, T. Noguchi, J. Beppu, and M. Seki, Mater. Sci. Forum, 534–536: 889 (2007); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.534-536.889
  28. R. George, K.T. Kashyap, R. Rahul, and S. Yamdagni, Scripta Mater., 53: 1159 (2005); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.07.022
  29. A.M.K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, M. Taher, and S. Lanka, Composites Sci. Technol., 70: 2237 (2010); https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.05.004
  30. I. Sridhar and K.R. Narayanan, J. Mater. Sci., 44: 1750 (2009); https://doi.org/10.1007/s10853-009-3290-5
  31. C.F. Deng, D.Z. Wang, X.X. Zhang, and A.B. Li, Mater. Sci. Eng. A, 444: 138 (2007); https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.08.057
  32. J.G. Park, D.H. Keum, and Y.H. Lee, Carbon, 95: 690 (2015); https://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2015.08.112
  33. P.W. Bridgman, Studies in Large Plastic Flow and Fracture (McGraw-Hill: New York: 1952).
  34. T. Tokunaga, K. Kaneko, and Z. Horita, Mater. Sci. Eng. A, 490: 300 (2008); https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.02.022
  35. M. Jafari, M.H. Abbasi, M.H. Enayati, and F. Karimzadeh, Adv. Powder Technol., 23: 205 (2012); https://doi.org/10.1016/j.apt.2011.02.008
  36. B.O. Kucukyildirim and A.A. Eker, Adv. Composites Lett., 21: 125 (2012); https://doi.org/10.1177/096369351202100503
  37. R. Pérez-Bustamante, I. Estrada-Guel, W. Antúnez-Flores, M. Miki-Yoshida, P.J. Ferreira, and R. Martínez-Sánchez, J. Alloys Comp., 450: 323 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.10.146
  38. R.M. Rashad, O.M. Awadallah, and A.S. Wifi, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 58, No. 2: 74 (2013).
  39. C.O. Ujah, D.V. Von Kallon, and V.S. Aigbodion, Mater. Today Sustainability, 25: 100639 (2024); https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100639
  40. J.-Z. Liao, M.-J. Tan, and I. Sridhar, Mater. Des., 31: S96 (2010); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.10.022
  41. K. Morsi, M. Krommenhoek, and M. Shamma, Metall. Mater. Trans. A, 47: 2575 (2016); https://doi.org/10.1007/s11661-016-3423-9
  42. H. Kwon, M. Estili, K. Takagi, T. Miyazaki, A. Kawasaki, Carbon, 47: 570 (2009); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.10.041
  43. I.-Y. Kim, J.-H. Lee, G.-S. Lee, S.-H. Baik, Y.-J. Kim, and Y.-Z. Lee, Wear, 267: 593 (2009); https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.12.096
  44. D.D. Gu, X.W. Rao, D.H. Dai, C.L. Ma, L.X. Xi, and K.J. Lin, Additive Manuf., 29: 100801 (2019); https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100801

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,