Mikrostruktura materiałów kompozytowych na osnowie stopu EN AW-2024 umacnianych cząstkami α-Al₂O₃

• Autorzy: Kurzawa Adam , Kaczmar Jacek W.

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2019.01

Warianty tytułu

EN

The microstructure of composite materials in the EN AW-2024 alloy matrix reinforced by α-Al₂O₃ particles

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy zostały przedstawione wyniki badań mikrostruktur materiałów kompozytowych wytwarzanych metodą infiltracji ciśnieniowej preform z cząstek ceramicznych α-Al₂O₃ stopem aluminium EN AW-2024. W badaniach mikroskopowych w szczególności oceniano jakość połączeń na granicach międzyfazowych osnowa-cząstki ceramiczne. Stwierdzono, że krzemionka (SiO₂) stosowana do łączenia cząstek tlenku glinu w preformie powoduje wzbogacenie osnowy w krzem (Si), w części dyfundujący do stopu aluminium, który jednak pozostaje w osnowie w postaci skupisk SiO₂, szczególnie w obrębie cząstek ceramicznych o dużym stopniu aglomeracji. Infiltracja porów otwartych preformy ceramicznej stopem EN AW-2024 o ograniczonej rzadkopłynności utrudnia proces infiltracji, pozostawiając lokalnie występującą porowatość. Propagacja pęknięć w materiale kompozytowym po badaniach właściwości mechanicznych następuje głównie po granicach międzyfazowych osnowa- -cząstka, szczególnie w miejscach o zwiększonej ilości rezydualnej krzemionki (SiO₂) w osnowie. Na powierzchniach przełomów obserwuje się cząstki ceramiczne umocnienia α-Al₂O₃ o mocnym adhezyjnym połączeniu z osnową, które podczas tworzenia złomu ulegają pęknięciom.

EN

The paper presents the results of investigations into the microstructures of composite materials produced by pressure infiltration of preforms of ceramic α-Al₂O₃ particles with aluminium alloy EN AW-2024. In particular, the quality of the bonds at the interphase boundaries of matrix-ceramic particles was evaluated using microscopy investigations. It was found that silica (SiO₂) used for bonding alumina particles in the preform causes an enrichment of the matrix in silicon (Si), which partly diffuses to aluminium alloy, yet remains in the matrix in the form of SiO₂ concentrations, especially within ceramic particles with a high degree of agglomeration. The infiltration of open pores of ceramic preforms with EN AW-2024 alloy of limited flowing power hinders the infiltration process, resulting in local porosity. The propagation of cracks in the composite material after tests for mechanical properties occurs mainly along the interphase boundaries of the matrix-particle, especially in places with an increased residual amount of silica (SiO₂) in the matrix. On the surfaces of the fractures ceramic particles of the α-Al₂O₃ reinforcement are observed, they form a strong adhesive bond with the matrix and crack during the formation of scrap metal.

Słowa kluczowe

PL

materiały kompozytowe; infiltracja ciśnieniowa; preforma ceramiczna

EN

composite materials; pressure infiltration; ceramic preform

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 59, no. 1
• Strony: 3--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kurzawa Adam

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Odlewnictwa, Tworzyw Sztucznych i Automatyki, ul. Smoluchowskiego 25, 50-372 Wrocław, Polska

autor

Kaczmar Jacek W.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Odlewnictwa, Tworzyw Sztucznych i Automatyki, ul. Smoluchowskiego 25, 50-372 Wrocław, Polska

Bibliografia

• 1. Dudek P. 2017. „Application of squeeze casting technology to obtain aluminum alloy castings”. Transactions of the Foundry Research Institute 57 (3) : 211−224.
• 2. Reguła T., J. Sobczak, J. Morgiel, P. Dudek, P. Długosz. 2011. „Effect of squeeze pressure on microstructural characteristic of the AlSi7Mg alloy”. Prace Instytutu Odlewnictwa 51 (1) : 5−14.
• 3. Hajjari E., M. Divandari. 2008. „An investigation on the microstructure and tensile properties of direct squeeze cast and gravity die cast 2024 wrought Al alloy”. Materials and Design 29 : 1685−1689. DOI: 10.1016/j.matdes.2008.04.012.
• 4. Dobrzański L.A., M. Kremzer, A. Nagel. 2009. „Structure and properties of ceramic preforms based on Al2O3 particles”. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 35 (1) : 7−13.
• 5. Xue C., J.K. Yu. 2014. „Enhanced thermal transfer and bending strength of SiC/Al composite with controlled interfacial reaction”. Materials and Design 53 (January 2014) : 74−78.
• 6. Tang S.W., C. Liu, Y.C. Yu, J. Hu, L.C. Kong. 2015. „The microstructure and tensile properties of Al2O3-coated Al18B4O33 whisker reinforced AA2024 aluminum composite”. Materials Chemistry and Physics 149−150 (15 January 2015) : 282−287. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2014.10.018.
• 7. Kaczmar J.W., K. Naplocha, J. Morgiel. 2014. „Microstructure and strength of Al2O3 and carbon fiber reinforced 2024 aluminum alloy composites”. Journal of Materials Engineering and Performance 23 (8) : 2801−2808. DOI: 10.1007/s11665-014-1036-2.
• 8. Wang S., H.J. Dudek. 1996. „Fiber-matrix interaction in the delta-Al2O3 fiber reinforced aluminium piston alloy”. Materials Scence and Engineering A205 : 180−186.
• 9. Hu W., F. Donat, S.A. Scott, J.S. Dennis. 2016. „The interaction between CuO and Al2O3 and the reactivity of copper aluminates below 1000°C and their implication on the use of the Cu–Al–O system for oxygen storage and production”. The Royal Society of Chemistry 6 : 113016−113024.
• 10. Jiang J., G. Xiao, C. Che, Y. Wang. 2018. „Microstructure, mechanical properties and wear behavior of the rheoformed 2024 aluminum matrix composite component reinforced by Al2O3 nanoparticles”. Metals 8 (6) : 460. DOI:10.3390/met8060460.
• 11. Kurzawa A., J.W. Kaczmar, K. Naplocha. 2018. „Właściwości materiałów kompozytowych na osnowie stopu aluminium EN AW-2024 i miedzi”. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej 298, Mechanika 90, 35 (90) : 335−344. DOI: 10.7862/rm.2018.28.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).