Badania stabilności zawiesiny metalowo-ceramicznej po wielokrotnym przetopie kompozytu na bazie stopu aluminium A359 zbrojonego cząsteczkami Al₂O₃

• Autorzy: Pietrzak K. , Sobczak N. , Sobczak J. J. , Klasik A. , Kudyba A. , Darłak P. , Długosz P. , Wojciechowski A. , Sienicki E.

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2017.07

Warianty tytułu

EN

Stability of metal-ceramic slurry after multiple re-melting of A359 aluminum alloy based composite reinforced with Al₂O₃ particles

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Metodę kropli leżącej zaadaptowano do badań wpływu wielokrotnego przetapiania i odlewania metalowych materiałów kompozytowych na strukturalną stabilność zawiesiny metalowo-ceramicznej. Do badań stosowano komercyjny kompozyt o osnowie stopu aluminium A359 (AlSiMg) firmy DURALCAN zawierający ok. 20% obj. cząsteczek tlenku glinu. Kompozyt poddano 10-krotnemu przetopieniu i odlewano, stosując dwa procesy znacznie różniące się czasem krzepnięcia zawiesiny metalowo-ceramicznej, tj. odlewanie grawitacyjne oraz prasowanie w stanie ciekłym (squeeze casting). Próbki kompozytu po każdorazowym cyklu przetopu i odlewania poddano badaniom wysokotemperaturowym na podłożu z tlenku glinu w próżni w temperaturze 850°C w ciągu 30 min. Zarówno bezpośrednia obserwacja zachowania próbek kompozytu podczas ich nagrzewania, jak i analiza strukturalna zakrzepłych próbek wykazała, że podczas topienia powstająca kropla zawiesiny metalowo-ceramicznej nie ulega rozwarstwianiu i zachowuje stabilność w badanym okresie czasowym, niezależnie od liczby przeprowadzonych przetopów i zastosowanego następnie sposobu odlewania kompozytu. Uzyskane wyniki potwierdzają dotychczasowe badania wskazujące na możliwość wielokrotnego przetapiania i ponownego odlewania kompozytów metalowych bez istotnej utraty ich właściwości użytkowych. Stwierdzona wysoka stabilność pierwotnej jednorodności zawiesiny metalowo- -ceramicznej upoważnia do zakwestionowania powszechnie akceptowanej tezy o nieprzydatności odlewanych kompozytów metalowych do recyklingu.

EN

The sessile drop method was adopted to investigate the effect of multiple re-melting and casting of metal matrix composite on the structural stability of metal-ceramic slurry. Commercial aluminum matrix composite made of the A359Al alloy reinforced with about 20 vol. % Al₂O₃ particles was produced by DURALCAN and next re-melted and recast ten times using two casting methods, i.e. conventional gravity casting and squeeze casting. The samples taken from all composite ingots produced after every cycle of re-melting and re-casting were used for high temperature tests at a temperature of 850°C for 30 min, under vacuum conditions. Both direct observations of the behavior of composite samples placed on alumina substrates during their contact heating and at the test temperature as well as the detailed structural characterization of solidified droplets have shown high structural stability of the metalceramic slurry, irrespective of the number of re-melts and type of casting process used afterwards. The high stability of the originally obtained composite microstructure in each subsequent re-melting step in this study also entitles one to question the widely accepted opinion on the difficulties with re-melting of cast composites, and thus their unsuitability for recycling.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; recykling; wielokrotny przetop; stabilność zawiesiny metalowo-ceramicznej; metoda kropli leżącej

EN

metal matrix composites; recycling; multiple re-melting; stability of metal-ceramic slurry; sessile drop method

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 57, no. 2
• Strony: 69--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pietrzak K.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa, Polska

autor

Sobczak N.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa, Polska
• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Sobczak J. J.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Klasik A.

• Instytut Transportu Samochodowego, ul. Jagiellońska 80, 03-301 Warszawa, Polska

autor

Kudyba A.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Darłak P.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Długosz P.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Wojciechowski A.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa, Polska

autor

Sienicki E.

• Instytut Transportu Samochodowego, ul. Jagiellońska 80, 03-301 Warszawa, Polska

Bibliografia

• 1. COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE EUROPEAN PARLIAMENT, THE COUNCIL, THE EUROPEAN ECONOMIC AND SOCIAL COMMITTEE AND THE COMMITTEE OF THE REGIONS. The role of wasteto-energy in the circular economy. European Commission, Brussels, 26.1.2017, http://ec.europa.eu/environment/waste/waste-to-energy.pdf.
• 2. Klasik A., J. Sobczak, K. Pietrzak, N. Sobczak, A. Wojciechowski. 2012. Influence of multiple remelting of particulate reinforced cast aluminium composites on their properties and structure. Warszawa: Motor Transport Institute, Kraków: Foundry Research Institute.
• 3. Klasik A., K. Pietrzak, K. Makowska, J. Sobczak, D. Rudnik, A. Wojciechowski. 2016. „Wear resistance of aluminium matrix composites reinforced with Al2O3 particles after multiple remelting”. Journal of Materials Engineering and Performance 25 (8): 3084−3090.
• 4. Pietrzak K., A. Klasik, K. Makowska, J.J. Sobczak, A. Wojciechowski, D. Rudnik, E. Sienicki. 2016. „Strukturalne uwarunkowania właściwości mechanicznych kompozytów A359 + Al2O3 po wielokrotnym przetopie / Structural determinants of the mechanical properties of A359 + Al2O3 composites after multiple remelting”. Prace Instytutu Odlewnictwa / Transactions of Foundry Research Institute 56 (2) : 87−112.
• 5. Sobczak N., M. Singh, R. Asthana. 2005. „High-temperature wettability measurements in metal/ceramic systems – Some methodological issues”. Current Opinion in Solid State and Materials Science 9 (4−5) : 241−253.
• 6. Sobczak N., R. Nowak, W. Radzwill, J. Budzioch, A. Glenz. 2008. „Experimental complex for investigations of high temperature capillarity phenomena”. Materials Science and Engineering A 495 (1−2) : 43−49.
• 7. Liggieri L., A. Passerone. 1989. „An automatic technique for measuring the surface tension of liquid metals”. High Temperature Technology 7 (2) : 82−86.
• 8. ASTRA Reference Book, IENI, Report, October 2007.
• 9. Sobczak N., R. Asthana, W. Radziwiłł, R. Nowak, A. Kudyba. 2007. „The role of aluminium oxidation in the wettingbonding relationship of Al/oxide couples”. Archives of Metallurgy and Materials 52 (1) : 55−64.
• 10. Sobczak N., Z. Gorny, M. Ksiazek, W. Radziwill, P.K. Rohatgi. 1996. „Interaction Between Porous Graphite Substrate and Liquid or Semi-Liquid Aluminium Alloys Containing Titanium”. Materials Science Forum 217−222 : 153−158.
• 11. Sobczak N. 2006. Effects of Titanium on Wettability and Interfaces in Aluminum/Ceramic Systems. W Characterization & Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials, Volume 146 (eds. K. Ewsuk, K. Nogi, M. Reiterer, A. Tomsia, S. J. Glass, R. Waesche, K. Uematsu and M. Naito), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9781118406038.ch11.
• 12. Sobczak N., M. Ksiazek, W. Radziwill, R. Asthana, B. Mikulowski. 2004. „The effect of temperature, matrix alloying and substrate coatings on wettability and shear strength of Al/Al2O3 couples”. Metallurgy and Materials Transaction A 35 (3) : 911−923.
• 13. Lipchin T.N. et al. 1973. Modern methods for obtaining of ingots and materials. W Progresivnie metodi poluchenia zagotovok i materialov, Vol. 131, 85−90, Perm, PPI.
• 14. Sobczak J.J., L. Drenchev, R. Asthana. 2012. „Effect of pressure on solidification of metallic materials”. International Journal of Cast Metals Research 25 (1) : 1−14.
• 15. Shu Y., D. Yu, W. Hu, Y. Wang, G. Shen, Y. Kono, B. Xu, J. He, Z. Liu, Y. Tian. 2017. „Deep melting reveals liquid structural memory and anomalous ferromagnetism in bismuth”. Proceedings of the National Academy of Sciences 114 (13) : 3375−3380, DOI: 10.1073/pnas.1615874114.
• 16. Sobczak N., J. Sobczak, R. Asthana, R. Purgert. 2011. „The mystery of molten metal”. China Foundry 7 (4) : 425−437.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).