Properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering

• Autorzy: Cymerman K. , Michalski A. , Pakieła Z. , Moszczyńska D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2017.2.5

Warianty tytułu

PL

Właściwości kompozytów Ni3Al–diament spiekanych metodą PPS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30 vol. % of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 1000°C in 5 minutes under load of 100 MPa. Obtained sinters have above 99% theoretical density and show fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed in SEM images of polished and fracture surface. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinter contains Ni3Al, diamond and Ni3C. The sinters hardness was tested by the Vickers method and oscillated between 580 and 650 HV5. The average grain size of Ni3Al matrix in obtained composites ranged from 2.6 to 3.8 μm.

PL

Rosnące zapotrzebowanie na różnego rodzaju narzędzia skrawające skłania do poszukiwania nowszych i bardziej wytrzymałych materiałów. W przypadku narzędzi diamentowych, tj. takich z dyspersyjnie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, bardzo ważną rolę odgrywa osnowa. Najczęściej stosowaną osnową są związki na bazie kobaltu i żelaza. Jednak ze względu na cenę, a przede wszystkim rakotwórczy wpływ na zdrowie, dąży się do wyeliminowania kobaltu. Materiałem mogącym go zastąpić mogą być związki z układu Ni–Al. Dużym zainteresowaniem naukowców w ostatnich latach cieszą się spiekane kompozyty Ni3Al z dodatkiem cząstek TiB2, TiC lub SiC.

Słowa kluczowe

EN

Ni3Al; nickel aluminides; diamond; sintering; pulse plasma sintering (PPS)

PL

Ni3Al; aluminidek niklu; diament; spiekanie; Pulse Plasma Sintering (PPS)

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 38, nr 2
• Strony: 88--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cymerman K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw

autor

Michalski A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw

autor

Pakieła Z.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw

autor

Moszczyńska D.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw

Bibliografia

• [1] Webb S.W.: Diamond retention in sintered cobalt bonds for stone cutting and drilling. Diamond Related Mater. 8 (1999) 2043÷2052.
• [2] Konstanty J.: The materials science of stone sawing. Ind. Diamond Rev. 1 (1991) 27÷31.
• [3] Lison D.: Human toxicity of cobalt containing dust and experimental studies on the mechanism of interstitial lung disease (hard metal disease). Crit. Rev. Toxic. 26 (1996) 585÷616.
• [4] Ylikerälä J., Gasik M.: Cobalt price hikes set search for alternates in train. Met. Powder Rep. 59 (2004) 36÷39.
• [5] Shackelford F., William A.: Materials science and engineering handbook. CRC Press (2001).
• [6] Moshksar M. M., Doty H., Abbaschian R.: Grain growth in AlNi–Al2O3 in situ composites. Intermetallics 5 (1997) 393÷399.
• [7] Hawk J. A., Alman D. E.: Abrasive wear behaviour of NiAl and NiAl–TiB composites. Wear 225-229 (1999) 544÷556.
• [8] Matsuura K., Kudoh M.: Grain refinement of combustion-synthesized NiAl by addition of ceramic particles. Mater. Sci. Eng. A 239-240 (1997) 625÷632.
• [9] Hwang K. S., Yang T. H., HU S. C.: Diamond cutting tools with a Ni3Al matrix processed by reaction pseudo-hipping. Metalurgical and Materials Transactions A 36 (2005) 2801÷2806.
• [10] Zhang F. L., Yang Z. F., Zhou Y. M., Wang C. Y., Huang H. P.: Fabrication of grinding tool material by SHS of Ni–Al/diamond/dilute. Inter. J. Refractory Met. Hard Mater. 28 (2010) 416÷423.
• [11] Zhou Y. M., Zhang F. L., Wang C. Y.: Effect of Ni–Al SHS reaction on diamond grit for fabrication of diamond tool material. Int. Journal of Refr. Met Hard Mater. 29 (2010) 416÷423.
• [12] Liang X., Kim H. K., Earthman J. C., Lavernia E. J.: Microstructure and elevated temperature behavior of a spray-atomized and co-deposited Ni3Al/SiC/TiB2 intermetallic matrix composite. Materials Science and Engineering: A 153 (1-2) (1992) 646÷653.
• [13] Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.: Fabrication of composites based on Ni3Al intermetallic phase reinforced with TiC and TiB2 particles. Inżynieria Materiałowa 1 (2004) 33÷38, in polish.
• [14] Sheng L. Y., Yang F., Xi T. F., Guo J. T., Ye H. Q.: Microstructure evolution and mechanical properties of Ni3Al/Al2O3 composite during selfpropagation high-temperature synthesis and hot extrusion. Materials Science and Engineering A 555 (2012) 131÷138.
• [15] Jozwik P., Polkowski W., Bojar Z.: Applications of Ni3Al-based intermetallic alloys — current stage and potential perceptivities, review. Materials 8(5) (2015) 2537÷2568.
• [16] Michalski A., Rosiński M.: Metoda impulsowo-plazmowego spiekania: podstawy i zastosowanie. Inżynieria Materiałowa 1 (2010).
• [17] Michalski A., Jaroszewicz J., Rosiński M.: The synthesis of NiAl using the pulse plasma method with the participation of the SHS reaction. Int. J. Self-Propagating High-Temp. Synthesis 12 (2003) 237-246.
• [18] Michalski A., Jaroszewicz J., Rosiński M., Siemiaszko D.: NiAl–Al2O3 composites produced by pulse plasma sintering with the participation of the SHS reaction. Intermetallics 14 (2006) 603÷606.
• [19] Jaroszewicz J., Michalski A.: Preparation of a TiB2 composite with a nickel matrix by pulse plasma sintering with combustion synthesis. J. Euro. Ceram. Soc. 26 (2006) 2427÷2430.
• [20] Michalski A., Cymerman K., Rasiński M.: Microstructure of the cBN/WC6Co composite produced by the pulse plasma sintering (PPS) method. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials 50 (2015) 197÷203.
• [21] Michalski A., Cymerman K.: Ni3Al/diamond composites produced by pulse plasma sintering (PPS) with the participation of the SHS reaction. Journal of Alloys and Compounds 636 (2015) 196÷201.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).