Characterization of reaction products of liquid Al and Mg3N2

• Autorzy: Gajewska M. , Morgiel J.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka produktów reakcji ciekłego Al i Mg3N2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an attempt to produce aluminium matrix composite reinforced with dispersed aluminium nitride (AlN) via reaction of liquid aluminium and magnesium nitride (Mg3N2). The latter was introduced into the metal bath in a form ofa green compact. It was expected that the introduction of Mg3N2 as an nitrogen-bearing substrate into Al melt would allow to obtain an in-situ reaction leading to a formation ofan aluminium nitride (AlN) reinforcing phase dispersed in the Mg-strengthened aluminium matrix. The produced material was investigated by means of X-ray diffraction measurements (XRD), light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM) and microhardness tests. Microstructure investigations showed that absence of an external mixing of metal melt led to a formation of inhomogeneous structure of the casting: composite zone with about 90 vol. % of reinforcing particles of a size of ~20 um and an area of unreinforced aluminium. The composite area was localized in the initial area of Mg3N2 compact and its immediate vicinity. Energy Dispersive Spectrometry (EDS) analysis combined with X-ray diffraction (XRD) analysis of the casting confirmed presence of two main phase: aluminium solid solution (with up to 4 at. % ofMg) and aluminium nitride. Microhardness tests showed very high values of hardness in the composite zone, reaching up to about 500 HV, as compared with ~25 HV in the unreinforced Al region.

PL

W pracy podjęto próbę wytworzenia materiału kompozytowego na osnowie aluminium zbrojonego dyspersyjnie cząstkami AlN przez reakcję ciekłego aluminium z azotkiem magnezu, wprowadzonym do kąpieli metalowej w formie wypraski. Spodziewano się, że wprowadzenie do ciekłego alumi- nium Mg3N2 jako nośnika azotu doprowadzi do uzyskania reakcji in-situ, w której nastąpi utworzenie fazy zbrojącej AlN w osnowie aluminiowej umocnionej roztworowo magnezem. Wytworzony odlew kompozytowy badano metodami dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD), mikroskopii świetlnej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) połączonej z mikroanalizą rentgenowską (EDS). Kompozyt został również poddany badaniu mikrotwardości sposobem Vickersa. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury wykazały, że ze względu na brak zewnętrznego mieszania mechanicznego ciekłego metalu otrzymany odlew charakteryzuje się niejednorodną mikrostrukturą, w której można wyodrębnić dwa obszary: strefę kompozytową oraz obszar aluminium bez cząstek zbrojących. Strefa kompozytową ograniczała się do pierwotnego obszaru wypraski z Mg3N2 oraz jego najbliższego sąsiedztwa i zawierała ~90% obj. cząstek zbrojących o wielkości ~20 um. Mikroanaliza rentgenowska w połączeniu z badaniami techniką dyfrakcji rentgenowskiej zgładu wykonanego z odlewu potwierdziła obecność dwóch głównych faz w wytworzonym materiale - roztworu stałego aluminium (o zawartości magnezu do 4% at.) oraz AlN. Badania mikrotwardości materiału wykazały bardzo dużą twardość w obszarze kompozytowym, osiągającą ok. 500 HV, w porównaniu z twardością ~25 HV w obszarze niezbrojonym.

Słowa kluczowe

EN

aluminium matrix composites; in-situ reinforcement; Mg3N2; AlN

PL

kompozyty o osnowie aluminiowej; zbrojenie in-situ; Mg3N2; AlN

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 3
• Strony: 162--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gajewska M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Morgiel J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

Bibliografia

• [1] Sajjadi S. A., Torabi Parizi M., Ezatpour H. R., Sedghi A.: Fabrication of A356 composite reinforced with micro and nano AI2O3 particles by a developed compocasting method and study of its properties. J. Alloy Compd. 511 (2012) 226÷231.
• [2] Garcia-Romero A. M., Egizabal P., lrisarri A. M.: Fracture and fatigue behaviour of aluminium matrix composite automotive pistons. Appl. Compos. Mater. 17 (2010) 15÷30.
• [3] Ozdemir I., Ahrens S., Muecklich S., Wielage B.: Nanocrystalline Al-Al2O3p and SiCp composites produced by high-energy ball milling. J. Mater. Process. Tech. 205 (2008) 111÷118.
• [4] Ouyang Q. B., Gu H. L., Wang W. L., Zhang D., Zhang G. D.: Friction and wear properties of aluminum matrix composites and its application. Key Eng. Mat. 351 (2007) 147÷150.
• [5] Rehman A., Das S., Dixit G.: Analysis of stir die cast Al-SiC composite brake drums based on coefficient of friction. Tribol. lnt. 51 (2012) 36÷41.
• [6] Fogagnolo J. B., Robert M. H., Torralba J. M.: Mechanically alloyed AlN particle-reinforced Al-6061 matrix composites: Powder processing, consolidation and mechanical strength and hardness of the as-extruded materials. Mater. Sci. Eng. A426 (2006) 85÷94.
• [7] Ahamed H., Senthilkumar V.: Role of nanosize reinforcement and milling on the synthesis of nanocrystalline aluminium alloy composites by mechanical alloying. J. Alloy Compd. 505 (2010) 772÷782.
• [8] Abdoli H., Saebnouri E., Sadrnezhaad S. K., Ghanbari M., Shahrabi T.: Processing and surface properties of AlAlN composites produced from nanostructured milled powders. J. Alloy. Compd. 490 (2010) 624÷630.
• [9] Gajewska M., Dutkiewicz J., Lityńska-Dobrzyńska L., Morgiel J.: TEM investigation of metal/ceramic interfaces in AA7475/AlN or AIZO3 nanocomposites. Sol. St. Phen. 186 (2012) 202÷205.
• [10] Liu Y. Q., Cong H. T., Wang W., Sun C. H., Cheng H. M.: AlN nanoparticle-reinforced nanocrystalline Al matrix composites: fabrication and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A 505 (2009) 151÷156.
• [11] Sreeja Kumari S. S., Pillai U. T. S., Pai B. C.: Synthesis and characterization of in situ Al-AlN composite by nitrogen gas bubbling method. J. Alloy Compd. 509 (2011) 2503÷2509.
• [12] Hou Q., Mutharasan R., Koczak M.: Feasibility of aluminium nitride formation in aluminum alloys. Mater. Sci. Eng. A 195 (1995) 121÷129.
• [13] Zhang C., Fan T., Cao W., Ding J., Zhang D.: Size control of in situ formed reinforcement in metal melts-theoretical treatment and application to in situ (A1N + Mg2Si)/Mg composites. Compos. Sci. Technol. 69 (2009) 2688÷2694.
• [14] Durai T. G., Das K., Das S.: Synthesis and characterization of Al matrix composites reinforced by in situ alumina particulates. Mater. Sci. Eng. A 445-446 (2007) 100÷105.
• [15] Yu S. H., Shin K. S.: Fabrication of aluminum/aluminum nitride composites by reactive mechanical alloying. Mater. Sci. Forum 534-536 (2007) 181÷184.
• [16] Naranjo M., Rodriguez J. A., Herrera E. J.: Sintering of Al/AlN composite powder obtained by gas-solid reaction milling. Scripta Mater. 49 (2003) 65÷69.
• [17] Goujon C., Goeuriot P., Delcroix P., Le Caer G.: Mechanical alloying during cryomilling of a 5000 Al alloy/AlN powder: the effect of contamination. J. Alloy. Compd. 315 (2001) 276÷283.