EN AW-AlMg1SiCu alloy matrix composite materials reinforced with halloysite particles manufactured by mechanical milling

• Autorzy: Dobrzański L. A. , Tomiczek B. , Pawlyta M. , Gołombek K.

Warianty tytułu

PL

Materiały kompozytowe o osnowie stopu EN AW-AlMg1SiCu wzmacniane cząstkami haloizytowymi wytworzone za pomocą mechanicznego mielenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this work the selected results of microstructure investigations and mechanical properties of the aluminium matrix composite materials reinforced with halloysite particles manufactured by powder metallurgy techniques, including mechanical milling and pressing and hot extrusion following them, are presented. Composite materials were elaborated employing the air atomized powders of aluminium alloy EN AWAlMg1SiCu as a matrix and the halloysite nanotubes as a reinforcement. Composite powders of aluminium alloy matrix reinforced with 5, 10 and 15 wt % of halloysite nanotubes were manufactured by high-energy ball milling using a planetary mill. The obtained composite powders were compacted in the cylindrical matrix of 25 mm in diameter with pressure of 300 MPa and then extruded at 480°C with caning and without degassing. The microstructure of the investigated material was examined by the light microscope and scanning and transmission electron microscope. To determine microhardness suitable tests were performed in the parallel plane related to the extrusion direction with a use of the Vickers hardness tester. The tests were also carry out to determine compressive strength static compression. It has been found that the process of low-energy agitation of the input powders causes relatively uneven distribution of irregular, mostly agglomerated reinforcement particles in the matrix. The composite materials produced in the process of high-energy grinding are characterized by a different structure: the halloysite reinforcement particles are very evenly distributed, rarely forming any agglomerations. The composite materials obtained as a result of mechanical synthesis and hot extrusion are characterized by the structure of evenly distributed, disperse mineral phase particles in fine-grain matrix of EN AW-AlMg1SiCu alloy, thus facilitating the obtainment of higher values of strength properties in comparison to the initial alloy. The nanostructural composite materials reinforced with halloysite particles with 15% mass share are characterized by more than 180% higher plasticity limit and almost twice higher microhardness in comparison to the matrix material.

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań materiałów kompozytowych o osnowie stopu aluminium wzmacnianych cząstkami haloizytowymi wytworzonych z wykorzystaniem metod metalurgii proszków: mechanicznego mielenia oraz kolejno prasowania i wyciskania na gorąco. Badane materiały kompozytowe wytworzono z proszku stopu aluminium EN AW-AlMg1SiCu, stanowiącego materiał osnowy i wzmacnianego nanorurkami haloizytowymi. Do badań przygotowano trzy zestawy próbek zawierających odpowiednio 5, 10 i 15% masowo cząstek wzmacniających, mielonych w wysokoenergetycznym młynie kulowym. Proszki kompozytowe otrzymane w procesie mechanicznego mielenia sprasowano na zimno za pomocą prasy hydraulicznej w formie o średnicy 25 mm pod ciśnieniem 300 MPa, a następnie wyciskano w temperaturze 480°C bez odgazowania, w koszulce osłonowej. Strukturę opracowanych materiałów kompozytowych zbadano za pomocą mikroskopii świetlnej, a także skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Sposobem Vickersa zmierzono twardość wyciskanych materiałów kompozytowych na zgładach poprzecznych, a na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej wykonano badania wytrzymałości na ściskanie. W celu oceny wpływu oddziaływania procesu mechanicznego mielenia proszków wyjściowych na własności badanych materiałów kompozytowych w porównaniu z procesem mieszania tych samych proszków zastosowano dwa rodzaje procesu mielenia. Stwierdzono, że proces niskoenergetycznego mieszania proszków wyjściowych powoduje stosunkowo nierównomierne rozłożenie nieregularnych, w większości zaglomerowanych cząstek wzmocnienia w metalowej osnowie. Odmienną strukturą cechują się materiały kompozytowe wytworzone w procesie wysokoenergetycznego mielenia: haloizytowe cząstki wzmacniające są rozłożone bardzo równomiernie, rzadko tworząc skupiska. Otrzymane w procesie mechanicznej syntezy i wyciskania na gorąco materiały kompozytowe charakteryzują się strukturą równomiernie rozłożonych, rozdrobnionych cząstek fazy mineralnej w drobnoziarnistej osnowie stopu EN AW-AlMg1SiCu, sprzyjającą osiąganiu wyższych wartości własności wytrzymałościowych w porównaniu ze stopem wyjściowym. Wytworzone nanostrukturalne materiały kompozytowe wzmacniane cząstkami haloizytowymi o udziale masowym 15% charakteryzują się w porównaniu z materiałem osnowy większą o ponad 180% granicą plastyczności oraz ponad dwukrotnie większą mikrotwardością.

Słowa kluczowe

EN

metal matrix composites; halloysite; mechanical milling; hot extrusion

PL

metalowe materiały kompozytowe; haloizyt; mechaniczne mielenie; wyciskanie na gorąco

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 102--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Dobrzański L. A.

• Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology

autor

Tomiczek B.

• Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology

autor

Pawlyta M.

• Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology

autor

Gołombek K.

• Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology

Bibliografia

• [1] Fogagnolo J. B., Ruiz-Navas E. M., Robert M. H., Torralba J. M.: 6061 Al reinforced with silicon nitride particles processed by mechanical milling. Scripta Materialia 47 (2002) 243÷248.
• [2] Zhao N., Nash P., Yang X.: The effect of mechanical alloying on SiC distribution and the properties of 6061 aluminum composite. Journal of Materials Processing Technology 170 (2005) 586÷592.
• [3] Adamiak M.: Mechanical alloying for fabrication of aluminium matrix composite powders with Ti-Al intermetallics reinforcement. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 31/2 (2008) 191÷196.
• [4] Dobrzański L. A., Włodarczyk-Fligier A., Adamiak M., Krupiński M.: Odporność na zużycie ścierne materiałów kompozytowych o osnowie stopu EN AW-AlCu4Mg1 (A) wzmacnianych cząstkami Al 2 O 3 lub Ti(C, N). Inżynieria Materiałowa 37/3 (2006) 135÷138.
• [5] Matula G.: Carbide alloyed composite manufactured with the PIM method. Archives of Materials Science and Engineering 43/2 (2010) 117÷124.
• [6] Suryanarayana C.: Mechanical alloying and milling. Progress in Materials Science 46 (2001) 1÷184.
• [7] Adamiak M.: The effect of TiAl and Ti 3 Al reinforcement on microstructure changes and properties of aluminium matrix composites. Archives of Materials Science and Engineering 58/2 (2012) 55÷79.
• [8] Fogagnolo J. B., Velasco F., Robert M. H., Torralba J. M.: Effect of mechanical alloying on the morphology, microstructure and properties of aluminium matrix composite powders. Materials Science and Engineering A342 (2003) 131÷143.
• [9] Sakiewicz P., Nowosielski R., Pilarczyk W., Gołombek K., Lutyński M.: Selected properties of the halloysite as a component of Geosynthetic Clay Liners (GCL). Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 48/2 (2011) 177÷191.
• [10] Dobrzański L. A., Tomiczek B., Adamiak M.: Manufacturing of EN AW6061 matrix composites reinforced by halloysite nanotubes. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 49/1 (2011) 82÷89.
• [11] Jorge A. M., Peres M. M., Fogagnolo J. B., Kiminami C. S., Bolfarini C., Botta W. J.: Hot extrusion of nanostructured Al-powder alloys: Grain growth control and the effect of process parameters on their microstructure and mechanical properties. Metallurgical and Materials Transactions A 40A (2009) 3314÷3321.
• [12] Włodarczyk-Fligier A., Dobrzański L. A., Kremzer M., Adamiak M.: Manufacturing of aluminium matrix composite materials reinforced by Al 2 O 3 particles. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 27/1 (2008) 99÷102.
• [13] Fogagnolo J. B., Robert M. H., Ruiz-Navas E. M., Torralba J. M.: Extrusion of mechanically milled composite powders. Journal of Materials Science 37 (2002) 4603÷4607.
• [14] Włodarczyk-Fligier A., Dobrzański L. A., Konieczny J.: Structure of EN AW-Al Cu4Mg1(A) composite materials reinforced with the Ti(C, N) ceramic particles. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 51/1 (2012) 22÷29.
• [15] Dobrzański L. A., Tomiczek B., Pawlyta M., Aluminium AlMg1SiCu matrix composite materials reinforced with halloysite particles. Archives of Metallurgy and Materials (in print).