The Effect of the Addition of Zeolite Particles on the Performance Characteristics of Sintered Copper Matrix Composites

• Autorzy: Kargul M. , Borowiecka-Jamrozek J. , Konieczny M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku cząstek zeolitu na właściwości eksploatacyjne spiekanego kompozytu o osnowie miedzi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of research on the possibilities of producing and using copper–zeolite composites obtained by powder metallurgy. The zeolite powder (0.0–0.2 mm fraction) used in the experiments was ground tuff rock extracted from the Kucin Quarry (VSK PRO-ZEO s.r.o.) in Slovakia. The as-delivered material was imaged and analysed using the SEM/EDS and XRD techniques. Before the sintering process, one-sided pressing was applied to the hydraulic press at a pressure of 620 MPa. The sintering process was carried out in a laboratory tube furnace at 900°C in an atmosphere of dissociated ammonia. The sintering time was 60 minutes. The resulting agglomerates were subjected to the following tests: measurements of density, hardness, electrical conductivity, and abrasion resistance. Observations of the microstructure on metallographic specimens made from the sintered samples were also performed using a scanning electron microscope (SEM). Zeolite was introduced into the copper matrix in the amounts of 2.5, 5, 7.5, and 10% by weight. The introduction of zeolite particles into the matrix as the strengthening phase caused an increase in the hardness of sinters while lowering a density and electrical conductivity. The introduction of zeolite particles caused a decrease in abrasion resistance for a composite containing up to 7.5% zeolite. The increase in abrasion resistance was observed for the composite containing 10% zeolite particles.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad możliwościami wytwarzania i zastosowania kompozytu miedź– –zeolit otrzymanego za pomocą technologii metalurgii proszków. Proszek zeolitu (frakcja 0.0–0.2 mm) wykorzystany do badań pozyskano ze skały zwanej tufem zeolitowym, wydobywanej w kopalni Kucice, (VSK PRO-ZEO s.r.o.), Słowacja. Proszek zeolitu został poddany obserwacjom SEM/EDS oraz rentgenowskiej analizie fazowej XRD. Przed procesem spiekania zastosowano jednostronne prasowanie na prasie hydraulicznej przy ciśnieniu prasowania 620 MPa. Proces spiekania przeprowadzono w laboratoryjnym piecu rurowym w temp 900°C w atmosferze zdysocjowanego amoniaku. Czas spiekania wynosił 60 minut. Wytworzone spieki poddano następującym badaniom: pomiarowi gęstości, twardości, przewodności elektrycznej oraz odporności na zużycie ścierne. Przeprowadzono również obserwacje mikroskopowe zgładów metalograficznych wykonanych z badanych spieków z użyciem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Zeolit wprowadzono do miedzianej osnowy w ilościach 2,5, 5, 7,5, 10% wagowych. Wprowadzenie do osnowy cząstek zeolitu jako fazy umacniającej spowodowało podwyższenie twardości spieków, natomiast obniżenie gęstości i przewodności elektrycznej. Wprowadzenie cząstek zeolitu w ilości do 7,5% spowodowało obniżenie odporności na zużycie ścierne. Wzrost odporności na zużycie ścierne zaobserwowano dla kompozytu zawierającego 10% zeolitu.

Słowa kluczowe

EN

sinter; copper; zeolite; metal matrix composite; wear resistance

PL

spiek; miedź; zeolit; kompozyt z metalową osnową; odporność na zużycie ścierne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 51--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kargul M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Metal Science and Materials Technologies, Al. Tysiąclecia P.P. 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Borowiecka-Jamrozek J.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Metal Science and Materials Technologies, Al. Tysiąclecia P.P. 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Konieczny M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Metal Science and Materials Technologies, Al. Tysiąclecia P.P. 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• 1. Lee D. W., Kim B. K.: Nanostructured Cu-Al2O3 composite produced by thermochemical process for electrode application. Materials Letters, 2004, vol. 58, pp. 378–383.
• 2. Shi Z., Yan M.: The preparation of Al2O3-Cu composite by internal oxidation. Applied Surface Science ,1998, vol. 134, pp. 103–106.
• 3. Kruger C., Mortensen A.: In situ copper–alumina composites. Materials Science and Engineering A, 2013, vol. 585, pp. 396–407.
• 4. Dash K., Ray B. C., Chaira D.: Synthesis and characterization of copper–alumina metal matrix composite by conventional and spark plasma sintering. Journal of Alloys and Compounds, 2012, vol. 516, pp. 78–84.
• 5. Rajkovic V., Bozic D., Devecerski A., Jovanovic M. T.: Characteristics of copper matrix simultaneously reinforced with nano- and micro-sized Al2O3 particles. Materials Characterization, 2012, vol. 67, pp. 129–137.
• 6. Konieczny M.: Mechanical properties of Ti-(Al3Ti+Al) and Ti-Al3Ti laminated composites, Composites Theory and Practice, vol. 13, 2013, pp. 102–106.
• 7. Mola R., Konieczny M.: Spiekane kompozyty uzyskane z proszku miedzi, tytanu i aluminium, Rudy i metale nieżelazne, vol. 54, 2009, pp. 26–30.
• 8. Wang C., Lin H., Zhang Z., Li W.: Fabrication, interfacial characteristics and strengthening mechanism of ZrB2 microparticles reinforced Cu composites prepared by hot-pressed sintering, Journal of Alloys and Compounds, vol. 748, 2018, pp. 546–552.
• 9. Li J.F., Chen B., Tang H., Zhang S., Li C.: Tribological behavior of Cu- based composites with NbSe2 and TiB2, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, vol. 12, No. 4, 2017, p. 1205–1214.
• 10. Taha M. A., Zawrah M. F.: Effect of nano ZrO2 on strengthening and electrical properties of Cu- matrix nanocomposites prepared by mechanical alloying. Ceramics International, 2017, vol. 43, pp. 12698–12704.
• 11. Samal C. P., Parihar J. S., Chaira D.: The effect of milling and sintering techniques on mechanical properties of Cu-graphite metal matrix composite prepared by powder metallurgy route, Journal of Alloys and Compounds, vol.569, 2013, pp. 95–101.
• 12. Fathy A., Elkady O., Abu-Oqail A.: Synthesis and characterization of Cu-ZrO2 nanocomposite produced by thermochemical process. Journal of Alloys and Compounds, 2017, vol. 719, pp. 411–419.
• 13. Fathy A.: Investigation on microstructure and properties of Cu-ZrO2 nanocomposites synthesized by in situ processing, Materials Letters, vol. 213, 2018, pp. 95–99.
• 14. Shojaeepour F., Abachi P., Purazrang K., Moghanian A. H.: Production and properties of Cu/Cr2O3 nanocomposites. Powder Technology, 2012, vol. 222, pp. 80–84.
• 15. Rahimian M., Parvin N., Ehsani N.: Investigation of particle size and amount of alumina on microstructure and mechanical properties of Al matrix composite made by powder metallurgy, Materials Science and Engineering A, vol. 527, 2010, pp. 1031–1038.
• 16. Konieczny M.: The effect of sintering temperature, sintering time and reinforcement particle size on properties of Al2O3 composites. Composites Theory and Practice, 2012, vol. 12, no. 1, pp. 39–43.
• 17. Kaczmar J. W., Pietrzak K., Włosiński W.: The production and application of metal matrix composite materials. Journal of Materials Processing Technology, 2000, vol. 106, pp. 58–67.
• 18. Rajkovic V., Bozic D., Stasic J., Wang H., Jovanovic M. T.: Processing, characterization and properties of copper-based composites strengthened by low amount of alumina particles, Powder Technology, vol. 268, 2014, pp. 392–400.
• 19. Łach M., Mikuła J., Hebda M.: Thermal analysis of the by-products of waste combustion, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry Vol. 125, Issue 3, pp. 1035–1045.
• 20. Mikuła J., Łach M., Kowalski J. S.: Copper Matrix Composites Reinforced with Volcanic Tuff, Metalurgija Vol. 54, 2015, pp. 143–146.
• 21. Łach M.: Structure of metal matrix composites with an addition of tuff. Archives of Foundry Engineering, 2010, vol. 10, Special Issue 3, pp. 135–140.
• 22. Borowiecka-Jamrozek J., Depczyński W.: The effect of the addition of zeolite on the properties of a sintered copper- matrix composite. In METAL 2017: 26rd International Conference on Metallurgy and Materials. Ostrava: TANGER, 2017, pp. 1652–1657.
• 23. Ciciszwili G. W., Andronikaszwili G. N., Kirow Ł. D.: Zeolity naturalne, WNT, Warszawa 1990.
• 24. Gottardi G., Galli E.: Natural Zeolites, Mineral and Rocks 18, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1985, pp. 256–284.
• 25. Nanbin H., Dianyue G., Bekkum H., Flanigen E., Jacobs P., Jansen J.: Introduction to Zeolite Science and Practice. No 137, 2nd Completely revised and expanded edition, Elsevier, New York 2001, pp. 54–59.
• 26. Turel A., Slavic J., Boltezar M.: Electrical contact resistance and wear of a dynamically excited metal–graphite brush, Advances in Mechanical Engineering, vol. 9(3), 2017, pp. 1

Uwagi

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