Production and wear properties of copper based MMC strengthened with δ-alumina fibres

• Autorzy: Granat K. , Pietrzak K. , Grodzka E. , Naplocha K. , Kaczmar J. W.

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie oraz własności tribologiczne materiałów kompozytowych na osnowie miedzi umocnionej włóknami tlenku aluminium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The investigation was carried out on the production by pressure infiltration (squeeze casting) of metal matrix composite materials based on pure Cu-ETP copper containing δ-alumina SAFFIL fibres The microstructure of composite specimens and morphology was examined using SEM and optical microscopy. Physical properties: Brinell hardness HBW and density were characterized. Preforms with 10, 15 and 20 vol. % of fibres were preheated and infiltrated applying the infiltration pressure of 100 MPa. The strengthening of matrix with SAFFIL fibres resulted in significant increase of hardness. Metallographic examinations showed, that SAFFIL fibres are not destroyed in course of the infiltration process and are uniformly distributed in copper matrix. SEM observations confirm the poor wettability of fibres by liquid Cu-ETP. The wear of manufactured MMCs during dry sliding against cast iron applying a pin-on-disc tester were recorded after 1, 3.5 and 8.5 km of friction distance. Increasing content of SAFFIL fibres in the copper matrix results in the significant decreasing of wear.

PL

Przeprowadzono obserwacje mikroskopowe, badania twardości tribologicznej materiałów kompozytowych na osnowie miedzi M1E umocnionej włóknami δ-Al₂O₃ SAFFIL. Porowate kształtki z włókien ceramicznych nasycano miedzią metodą infiltracji ciśnieniowej (squeeze casting) pod ciśnieniem 100 MPa. Przeprowadzone badania z wykorzystaniem mikroskopu skaningowego oraz optycznego wykazały równomierne rozmieszczenie włókien, jednakże z licznymi defektami i słabą zwilżalnością umocnienia przez ciekłą miedź. Zbadano twardość Brinella HBW oraz gęstość materiałów kompozytowych zawierających 10, 15 i 20 obj. % włókien Al₂O₃. Stosując urządzenie do badania zużycia typu „pin-on-disc” przeprowadzono badania odporności na zużycie ścierne w warunkach tarcia suchego i stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości włókien zwiększa się twardość i odporność na zużycie ścierne. W stosunku do nieumocnionej osnowy odporność materiałów kompozytowych zawierających 20% włókien zwiększa się około 10-krotnie. W mniejszym stopniu ulega zmianie współczynnik tarcia, który przy tarciu w parze z materiałami kompozytowymi jest o około 10-20% mniejszy niż przy ścieraniu z nieumocnioną miedzią.

Słowa kluczowe

EN

metal matrix composite; copper alloy; alumina fibre; squeeze casting; wear resistance

PL

kompozyty o osnowie metalowej; włókna tlenku glinu; infiltracja ciśnieniowa; zużycie ścierne

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, iss. 2 spec.
• Strony: 71--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Granat K.

• Institute of Production Engineering and Automation, Technical University of Wrocław, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wroclaw, Poland

autor

Pietrzak K.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw and Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, ul. Pawińskiego 5B, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Grodzka E.

• Institute of Production Engineering and Automation, Technical University of Wrocław, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wroclaw, Poland

autor

Naplocha K.

• Institute of Production Engineering and Automation, Technical University of Wrocław, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wroclaw, Poland

autor

Kaczmar J. W.

• Institute of Production Engineering and Automation, Technical University of Wrocław, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wroclaw, Poland

Bibliografia

• [1] H. Hesthmat, P. Hryniewicz, J. F. Walton II, J.P. Willis, S. Jananmir, C. DellaCorte, Low-friction wear resistant coating for high-temperature foil bearings Tribology International, 38 (2005) 1059-1075.
• [2] G. Belforte, T. Raparelli, V. Victorov, A. Triviella, F. Colombo, An experimental study of high-speed rotor supported by air bearings: test RIG and first experimental results; Tribology International, 39 (2006) 839-845.
• [3] S. Arai, M. Endo, Carbon nanofiber-copper composite powder prepared by electrodeposition, Electrochemistry Communications 5 (2003) 797-799.
• [4] J. Kaczmar, K. Pietrzak, W. Włosiński, The production and application of metal matrix composite materials, Journal of Materials Processing Technology, 106 (2000) 58-67.
• [5] J. Kaczmar, K. Granat, K. Pietrzak, K. Naplocha, E.Grodzka, Manufacturing and microstructure of MMC based on CuZn38Al2Mn1Fe brass strengthened with δ-alumina fibres, Archives of Foundry Enginering, 10 (2010) 411-414.
• [6] M. Łągiewka, Z. Konopka, A. Zyska, M. Nadolski, Examining of abrasion resistance of hybrid composites reinforced with SiC and Cgr particles, Archives of Foundry Engineering, 3 (2008) 59–62.
• [7] P. Shen, H.Fujii, K.Nogi, Wetting, adhesion and diffusion in Cu–Al/SiO2 system at 1473 K, Scripta Materialia, 52 (2005) 1259-1263.
• [8] U. Alber, H. Müllejans, M. Rühle, Wetting of copper on α-Al2O3 surfaces depending on the orientation and oxygen partial pressure, Micron, 30 (1999) 101-108.
• [9] L. Shepeleva, B. Medres, W.D. Kaplan, M. Bamberger, M.H. McCay, T.D. McCay, M. Sharp, Laser induced Cu/alumina bonding: Microstructure and bond mechanism, Surface and Coatings Technology 125 (2000) 40-44.
• [10] J. Morgiel, K. Naplocha, M. Pomorska, J. Kaczmar: Microstructure and tensile properties of composities with high strength aluminium alloys matrix reinforced with Saffil™ fibers, Kompozyty 2 (2011) 136-141.