Struktura kompozytów Al-CF wytwarzanych metodami infiltracji

• Autorzy: Dolata-Grosz A. , Dyzia M. , Śleziona J.

Warianty tytułu

EN

Structure of Al-CF composites obtained by infiltration methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono strukturę kompozytów uzyskanych w procesie infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych typu 2D oraz 3D. W badaniach zastosowano stop aluminium z krzemem i manganem AlSi9Mn (trimal 37 -TR37). Jako zbrojenie wykorzystano tkaniny węglowe przygotowane z włókien, na których zastosowano bariery ochronne w postaci powłoki niklowej, powłoki z węglika krzemu oraz węgla pyrolitycznego. Preformy węglowe wykonano w Instytucie Konstrukcji Lekkich i Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych (ILK TU Dresden) oraz w Instytucie Technologii i Systemów Ceramicznych (Fraunhofer - IKTS). Proces infiltracji tkanin węglowych przeprowadzono z wykorzystaniem ciśnieniowo-próżniowej infiltracji na prasie Degussa oraz gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI) w autoklawie zaprojektowanym i wykonanym w Katedrze Technologii Materiałów w Politechnice Śląskiej. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się regularnym kształtem, bez powierzchniowych wad odlewniczych. Najlepsze połączenie komponentów, uzyskano w kompozycie AlSi9Mn/C_f(Ni) otrzymanym w procesie gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI). Analiza mikrostruktury oraz obserwacja przełomów, nie wykazała oddzielania włókien od osnowy i ich wyciągania. Zniszczenie kompozytu następowało poprzez włókna. Przeprowadzone badania struktury nie wykazały obecności węglika aluminium na granicy włókno-osnowa, a także w osnowie, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały dobre właściwości mechaniczne. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnym etapie badań, w projekcie realizowanym w ramach programu DFG: „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn”.

EN

The structure of the composites obtained in infiltration processes 2D and 3D carbon preform by liquid Al alloy have been presented in this paper. An aluminum alloy with silicon and manganese AlSi9Mn (trimal 37-TR37) was applied in the researches. As the reinforcement used carbon perform prepared with various protective barriers such as the nickel coating, the coating of silicon carbide and pyrolytic carbon coating. Carbon preforms was prepared at the Institute for Lightweight Structures and Polymer Technology (ILK TU Dresden) and at the Institute of Technology and Ceramic Systems (Fraunhofer-IKTS). The process of infiltration of carbon perform by liquid aluminium alloy was carried out using a pressure-vacuum infiltration on the Degussa press and gas-pressure infiltration (GPI) in an autoclave designed and built at the Department of Materials Technology at the Silesian University of Technology. The obtained composites were characterized by a regular shape, with no surface casting defects. The best connection of components was observed in AlSi9Mn/Cf(Ni) composite, obtained by gas-pressure infiltration method (GPI). On metallographic specimens, good interface between fibres and the aluminium matrix were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres. During the failure crack propagated across fiber. There was no presence of aluminum carbide on the fiber-matrix. It can be assumed that the composite will be characterized by the good mechanical properties. However, this requires further experimental verification planned in the next stage of research, in the project realized within the DFG program: "3D textile reinforced aluminium matrix composites for complex loading situations in lightweight automobile and machine parts".

Słowa kluczowe

PL

kompozyt odlewany; stop aluminium; tkanina węglowa; metoda infiltracji; struktura kompozytu

EN

cast composite; aluminium alloy; carbon tissue; infiltration method

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, iss. 2 spec.
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dolata-Grosz A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Materiałów, Politechnika Śląska, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Dyzia M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Materiałów, Politechnika Śląska, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Śleziona J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Materiałów, Politechnika Śląska, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

Bibliografia

• [1] D. Hull, T. W. Clyne, An introduction to composite materials, Cambridge University Press, 1996.
• [2] A. Urena, J. Rams, M.D. Escalera, M. Sanchez: Characterization of interfacial mechanical properties in carbon fiber/aluminium matrix composites by the nanoindentation technique, Composites Science and Technology 65 (2005) s. 2025–2038.
• [3] A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, J. Śleziona: Influence of modification on structure, fluidity and strength of 226D aluminium alloy, Archives of Foundry Engineering, Vol. 8, Special Issue 3/2008, s. 13-16.
• [4] A. Urena, J. Rams, M.D. Escalera, M. Sanchez: Effect of copper electroless coatings on the interaction between a molten Al–Si–Mg alloy and coated short carbon fibres, Composites: Part A 38 (2007), s. 1947–1956.
• [5] J. Rams, A. Urena, M.D. Escalera, M. Sanchez Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites Composites: Part A 38 (2007), s. 566–575.
• [6] M. Browna, P. Hayes, P. Prangnell: Characterisation of thin silica films deposited on carbon fibre by an atmospheric pressure non-equilibrium plasma (APNEP), Composites: Part A 33 (2002) 1403–1408.
• [7] Z. Zarański, I. Łosik, Z. Bojar: Badania właściwości włókien węglowych po modyfikacji ich powierzchni, Kompozyty (Composites) 2(2002)5, str. 318-322.
• [8] H.-D. Steffens, B. Reznik, V. Kruzhanov W. Dudzinski, Carbide formation in aluminium-carbon fibre-reinforced composites, Journal of Materials Science 32 (1997) 5413-5417.
• [9] I. Łosik, Z. Zarański, Z. Bojar: Badania granicy rozdziału w kompozytach metalicznych zbrojonych włóknami węglowymi, Kompozyty (Composites) 2(2002)5.
• [10] J. F. Silvain, J. M. Heintz, M. Lahaye, Interface analysis in Al and Al alloys/Ni/carbon, Composites, Journal of Materials Science, 35 (2000), s. 961–965.
• [11] T.R. Vijayaram, S. Sulaiman, A.M.S. Hamouda, M.H.M. Ahmad: Fabrication of fiber reinforced metal matrix composites by squeeze casting technology, Journal of Materials Processing Technology 178 (2006) 34–38.
• [12] W. Hufenbach, M. Gude, A. Czulak, J. Śleziona, A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, Development of Textile-Reinforced Carbon Fibre Aluminium Composites Manufactured with Gas Pressure Infiltration Methods, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 35, Issues 2, 2009, p.177-183.
• [13] M. Dyzia, A. Dolata-Grosz, J. Śleziona: Aspekty technologiczne wytwarzania kompozytów stop aluminium włókno węglowe- dobór materiału osnowy, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, Vol. 30 nr 3, 2010, s. 19-25.
• [14] A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, J. Śleziona: Wytwarzanie i struktura nasycanych kompozytów Al -włókno węglowe: Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, Vol. 30 nr 3, 2010, s. 11-18.
• [15] M. Dyzia A. Dolata-Grosz, J. Śleziona W. Hufenbach, M. Gude, A. Czulak: Infiltration test of carbon fibres textile by modified AlSi9Cu(Fe), (Composites) 9:3 (2009), p. 210-213.
• [16] http://wwwilk.mw.tu-dresden.de/PAK258 N. Sobczak – raport w ramach projektu PL2_Sobczak field.
• [17] A. Dolata-Grosz, M. Dyzia, J. Śleziona: Kompozyty Al/CF wytwarzane metodami infiltracji ciśnieniowej, Kompozyty (Composites), 2011, w druku.