Effect of MgO single crystal orientation on microstructure of reaction products formed in liquid Al/MgO couples

• Autorzy: Morgiel J. , Pomorska M. , Wojewoda-Budka J. , Nowak R. , Sobczak N.

Warianty tytułu

PL

Wpływ orientacji monokrystalicznych podłoży MgO na mikrostrukturę produktów jego oddziaływania z ciekłym aluminium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The model Al/MgO couples were produced in wettability tests by a sessile drop method, which may help to understand the mechanism of high temperature interactions in other metal/oxide systems. The characterization of reaction products resulting from these interactions is of crucial importance in understanding of such processes. The aluminium (5N) drop was deposited on [l00], [110] and [111] MgO substrates at l000°C/1 h in vacuum ~5'10“* Pa. The microstructure was characterized with an light, as well as electron scanning and transmission microscopy methods. The thin foils for TEM observations were cut using FIB system. The investigations showed that for all MgO orientations, the reaction product region formed inside MgO substrates is composed of two regions, i.e. the layer of coarse products surrounded by a rim of finer products. Both the coarse area, filled with α-Al2O3, and fine area, filled with MgAl2O4, bear the same microstructure features, i.e. the dendrite-like shape ofreactively formed oxide crystallites surrounded by aluminium network. During the growth, the α-A120, crystallites tend to accumulate increasing number of defects, including precipitates and connected with them stacking faults, what may lead to a change of type of stacking of α-Al2O3 basal plane and to the formation of ot her alumina phases. The interaction between liquid aluminium and the MgO is accompanied with the substrate dissolution causing an orthogonal faceting of the Al/MgO interface along the [110] MgO directions.

PL

Eksperymenty zwilżalności MgO przez ciekłe aluminium mogą stanowić przykład modelowego oddziaływania dla innych układów typu stop aluminium-podłoże tlenkowe. Charakterystyka mikrostruktury produktów takich oddziaływań jest jedną z kluczowych informacji koniecznych do opisu mechanizmu zwilżalności. Badania wykonano na próbkach modelowych Al/MgO wytworzonych podczas prób zwilżalności metodą kropli leżącej, podczas których aluminium (5N) umieszczano na podłożach MgO o różnych orientacjach ([100], [110], [111]) w temperaturze l000°C/1 godz. w próżni ~5'10“* Pa. Charakterystykę mikrostruktury prowadzono za pomocą mikroskopii świetlnej, elektronowej skaningowej i transmisyjnej. Cienkie folie wycinano techniką FIB. Przeprowadzone obserwacje wykazały, że dla podłoży o wszystkich trzech wyszczególnionych orientacjach w strefie produktów reakcji występują te same fazy o tych samych cechach mikrostruktury, tj. o pseudodendrytycznej budowie tlenków A120, i MgAl2O4. Te ostatnie tworzą zwykle pierścień dookoła strefy z udziałem korundu. W trakcie wzrostu krystality α-Al2O3 wykazują coraz większe zdefektowanie w formie okluzji metalu oraz zarodkujących na nich błędów ułożenia, co może prowadzić do zmiany sekwencji ułożenia płaszczyzn bazowych korundu, a w konsekwencji wytworzenia ułożenia właściwego innym odmianom alotropowym tego tlenku. Oddziaływanie ciekłego aluminium z MgO jest związane z rozpuszczaniem podłoża, prowadząc do charakterystycznego układu prostopadłych stopni na granicy rozdziału Al/MgO wzdłuż kierunków [110] MgO.

Słowa kluczowe

EN

Al/MgO interaction; α-AI2O3; MgAl2O4; MgO faceting

PL

Al/MgO; Al2O3; MgAl2O4; fasetowanie MgO

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 3
• Strony: 188--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Morgiel J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Kraków

autor

Pomorska M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Kraków

autor

Wojewoda-Budka J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Kraków

autor

Nowak R.

• Foundry Research Institute, Kraków

autor

Sobczak N.

• Foundry Research Institute, Kraków

Bibliografia

• [1] Verma V.: Development ofAl-AIZO3 MMC by DIMOX & developed composites characterization. International Journal of Mechanical Engineering (IJME) 1 (2012) 47÷65.
• [2] Sobczak N.: Wybrane aspekty wytwarzania metodami ciekło-fazowymi kompozytów in situ typu Al-Al2O3 o strukturze C4. [in] Innowacje w odlewnictwie, Instytut Odlewnictwa 1 (2007) 187, ISBN 978-83-88770-26-5.
• [3] Mcevoy A. J., Wiliams R. H., Higginbotham I. G.: Metal/non-metal interfaces, the wetting of magnesium oxide by aluminium and other metals. Journal of Material Science 11 (1976) 297.
• [4] Fujii H., Nakae H.: Equilibrium contact angle in the magnesium oxide/ aluminium system. Acta Materialia 44 (1996) 3567÷3573.
• [5] Szen P., Fujii H., Matsumoto T., Nogi K.: Wetting and reaction of MgO single crystals by Al at 1073÷1473 K. Acta Materialia 52 (2004) 887÷898.
• [6] Nowak R., Sobczak N., Sienicki E., Morgiel J.: Structural characterization of reaction product region in Al/MgO and Al/MgAl2O4 systems. Solid State Phenomena 172-174 (2011) 1273÷1278.
• [7] Morgiel J., Sobczak N., Pomorska M., Nowak R., Wojewoda-Budka J.: TEM investigation of phases formed during aluminium wetting of MgO at[100], [110] and [111] orientations. To be published in Archives of Metallurgy.
• [8] Plass R., Feller J., Gajdardziska-Josifovska M.: Morphology of MgO (111) surfaces: artifacts associated with the faceting of polar oxide surfaces into neutral surfaces. Surface Science 414 (1998) 26÷37.
• [9] Nowak R., Sobczak N., Radziwill W., Kudyba A., Sienicki E.: Zwilżalność i reaktywność MgAl2O4 w kontakcie z ciekłym aluminium. [in] Innowacje w odlewnictwie, Instytut Odlewnictwa 2 (2008) 225, ISBN 978-83-88770-35-7.
• [10] Sangwal K., Sanz F., Servat J., Gorostiza P.: Nature of multilayer steps on the {100} cleavage planes of MgO single crystals. Surface Science 383 (1997) 78÷87.
• [11] Jason R. H., Carter C. B.: Mechanisms of surface faceting and coarsening. Surface Science 389 (1997) 188÷200.
• [12] Giese D. R., Lamelas F., Owen H. A, Plass R., Gajdardziska-Josifovska M.: Atomic force microscopy and scanning electron microscopy study of & MgO (110) surface faceting. Surface Science 457 (2000) 326÷336.