Correlations between stereological parameters of carbon componenet and tribological properties of heterophase composites Al-Al2O3+C

• Autorzy: Hekner B. , Myalski J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów stereologicznych komponentu węglowego na właściwości tribologiczne heterofazowych kompozytów Al-Al2O3+C

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is an attempt to describe the influence of the stereological properties of the reinforcement on the final material properties. The research was carried out on Al based composites with a heterogeneous reinforcement of Al2O3 and C. Various sizes of the carbon particle component (< 40, 80÷120, 160÷200 and < 200 µm) were applied for material manufacturing. The materials were obtained by high energy ball milling and subsequent hot pressing processes. As a result of the milling stage, a reduction in the compound size was observed. First, the real size of the carbon component, the real amount of carbon on the material surface and other properties were measured by quantitative metallography methods. Then, the correlations between the obtained stereological parameters and the tribological properties were checked. The analysis revealed that the average size of a single carbon particle and the distance between adjacent particles are the most important factors for the tribological properties of Al-Al2O3+C composite design. The larger the size of particles and the greater the distance between the particles resulted in increasing the friction coefficient value. It is related to the homogeneous distribution of the reinforcing component. However, the most surprising effect was discovered during analysis of the areal fraction of C particles. There were no clear correlations between the amount of C particles and the tribological properties. The conducted research revealed which of the analysed parameters are the most valuable for material design and predicting the final properties.

PL

W pracy dokonano oceny wpływu wielkości cząstek umacniających na właściwości tribologiczne. Badania zostały przeprowadzone na kompozytach o osnowie Al umacnianych heterofazowymi cząstkami Al2O3 oraz C. Materiały zostały wytworzone metodami wysokoenergetycznego mielenia w młynach planetarnych oraz prasowania na gorąco, stosując różne frakcje komponentu węglowego (< 40, 80÷120, 160÷200 oraz < 200 µm). W wyniku mielenia wysokoenergetycznego stwierdzono redukcję wielkości cząstek węglowych. W pierwszym etapie badań dokonano oceny podstawowych parametrów stereologicznych wytworzonych materiałów, takich jak udział C na powierzchni materiału czy średnia wielkość cząstki węgla. Następnie dokonano oceny zależności pomiędzy rzeczywistymi wartościami parametrów stereologicznych a właściwościami tribologicznymi badanych materiałów. Przeprowadzona analiza wykazała, że spośród najważniejszych czynników mających wpływ na właściwości tribologiczne kompozytów Al-Al2O3+C należy wymienić średnią wielkość pojedynczej cząstki C oraz odległość między sąsiednimi cząstkami węgla. Zwiększenie średniej wielkości cząstki, jak również jej odległości pomiędzy cząstkami skutkuje wzrostem wartości współczynnika tarcia. Jest to związane z homogenicznym rozmieszczeniem fazy węglowej w objętości kompozytu. Jednakże, najbardziej zaskakujące rezultaty zostały zaobserwowane podczas analizy udziału węgla na powierzchni kompozytu. Przeprowadzona ocena stereologiczna mikrostruktury kompozytu wykazała, które z parametrów mogą być uwzględnione i wykorzystane do określenia parametrów technologii wytwarzania oraz właściwości tribologicznych kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

stereological parameters; tribological properties; aluminum matrix composite; carbon component; high energy milling

PL

parametry stereologiczne; właściwości tribologiczne; kompozyty z osnową aluminiową; komponent węglowy; mielenie wysokoenergetyczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 2
• Strony: 67--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hekner B.

• Silesian University of Technology, Faculty of Material Engineering and Metallurgy, ul. Krasińskiego 8, Katowice, Poland

autor

Myalski J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Material Engineering and Metallurgy, ul. Krasińskiego 8, Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Koli D.K., Agnihotri G., Purohit R., Advanced aluminium matrix composites: The critical need of automotive and aerospace engineering fields, Materials Today: Proceedings 2015, 2, 4-5, 3032-3041.
• [2] Kwok J.K.M., Lim S.C., High-speed tribological properties of some Al/SiCp composites: I. Frictional and wear-rate characteristics, Composites Science and Technology 1999, 59, 1, 55-63.
• [3] Michálková M., Kašiarová M., Tatarko P., Dusza J., Šajgalík P., Effect of homogenization treatment on the fracture behaviour of silicon nitride/graphene nanoplatelets composites, Journal of the European Ceramic Society 2014, 34, 14, 3291-3299.
• [4] Bao S., Kvithyld A., Abel Engh T., Tangstad M., Wettability of aluminium with SiC and graphite in aluminium filtration. Light Metals, ed. S.J. Lindsay 2011, TMS:1-8.
• [5] Kwon H., Saarna M., Yoon S., Weidenkaff A., Leparoux M., Effect of milling time on dual-nanoparticulatereinforced aluminium alloy matrix composite materials, Materials Science and Engineering A 2014, 590, 338-345.
• [6] Akhlaghi F., Zare-Bidaki A., Influence of graphite content on the dry sliding and oil impregnated sliding wear behavior of Al 2024-graphite composites produced by in situ powder metallurgy method, Wear 2009, 266, 1-2, 37-45.
• [7] Esawi A.M.K., Morsi K., Dispersion of carbon nanotubes (CNT) in aluminium powder, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2007, 38, 646-650.
• [8] Salvetat-Delmotte J.P., Rubio A., Mechanical properties of carbon nanotubes: a fiber digest for beginners, Carbon 2002, 40, 10, 1729-1734.
• [9] Baradeswara A., Perumal A.E., Wear and mechanical characteristics of Al 7075/graphite composites, Composites Part B: Engineering 2014, 56, 472-476.
• [10] Ted Guo M.L., Tsao C.Y.A., Tribological behaviour of self-lubricating aluminium/SiC/graphite hybrid composites synthesized by the semi-solid powder densification method, Composites Science and Technology 2000, 60, 65-74.

Uwagi

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