Impact of vibro-compaction on microstructure and properties of aluminium matrix composite with SiC particles

• Autorzy: Godzierz Marcin , Olszówka-Myalska Anita , Dudzińska Karolina , Urbiczek Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2019.6.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ zagęszczania wibracyjnego na mikrostrukturę i właściwości kompozytu aluminium–cząstki SiC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, the effect of vibro-compaction in processing of sintered SiCp – aluminium matrix composite was presented. The composite with 15% vol. of SiCp, obtained with three stages: vibro-compaction with use of different amplitude (0.75 mm, 1.125 mm and 1.5 mm), cold pressing and pressure less sintering. The obtained composites were characterized by porosity measurements, microhardness, quantitative metallography analysis and dry sliding tests. It was proved that the application of chosen compaction method, for powder mixture consisting of powders with different density (Al and SiC), allows to obtain graded structure composite. An increase of SiC particles volume fraction as well as microhardness increase was observed towards the bottom of the sample. The most beneficial effect, in SiCp distribution and microhardness values, was noted for the sample were the amplitude of vibro-compaction was 1.5 mm. Moreover, the tribological examinations showed differences in friction coefficients and mass losses for opposite surfaces of composite samples, due to different SiCp volume fraction across the sample. The vibro-compacted material revealed lower porosity, higher mean value of friction coefficient and lower mass loss comparing to the reference composite.

PL

Głównym obszarem zastosowania kompozytów na osnowie aluminium zbrojonych cząstkami ceramicznymi są skojarzenia ślizgowe i cierne, takie jak grupa tłokowo-cylindrowa maszyn tłokowych i łożyska ślizgowe, a w przemyśle samochodowym klocki hamulcowe, sprzęgła, przekładnie pasowe czy bloki silnika. W wielu elementach nie są wymagane takie same właściwości tribologiczne materiału na całym przekroju lub nie jest technologicznie możliwe uzyskanie ekstremalnie wysokich parametrów użytkowych związanych z dużą zawartością cząstek w całej objętości. W takich przypadkach rozwiązaniem mogą być materiały charakteryzujące się gradientowym rozmieszczeniem cząstek ceramicznych i istnieje wiele koncepcji technologicznych pozwalających uzyskać ten typ mikrostruktury. W pracy przedstawiono możliwość uzyskania metodą metalurgii proszków struktury gradientowej w kompozycie Al–SiCp, dla udziału zbrojenia w mieszaninie wyjściowej 15% obj. Założono, że gradientowe zróżnicowane rozmieszczenie zbrojenia w osnowie powstanie dzięki różnicy gęstości komponentów (Al 2,7 g/cm3, SiC 3,21 g/cm3), podczas zgęszczania wibracyjnego, dzięki bardziej intensywnemu w porównaniu z proszkiem aluminium przemieszczaniu się cząstek SiC w dół formy.

Słowa kluczowe

EN

aluminium matrix composites; silicon carbide; functionally graded materials; quantitative analysis; vibrocompaction; tribological properties

PL

kompozyty z osnową aluminiową; węglik krzemu; funkcjonalne materiały gradientowe; zagęszczanie wibracyjne; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 40, nr 6
• Strony: 140--145
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Godzierz Marcin

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Department of Advanced Materials and Technologies, Katowice

autor

Olszówka-Myalska Anita

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Department of Advanced Materials and Technologies, Katowice

autor

Dudzińska Karolina

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Department of Advanced Materials and Technologies, Katowice

autor

Urbiczek Mateusz

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Department of Advanced Materials and Technologies, Katowice

Bibliografia

• [1] Sajjadi S. A., Ezatpour H. R., Beygi H.: Microstructure and mechanical properties of Al–Al2O3 micro and nano composites fabricated by stir casting. Materials Science and Engineering A 528 (2011) 8765÷8771.
• [2] Bharath V., Nagaral M., Auradi V., Kori S. A.: Preparation of 6061Al– Al2O3 MMC’s by stir casting and evaluation of mechanical and wear properties. Procedia Materials Science 6 (2014) 1658÷1667.
• [3] Mazahery A., Abdizadeh H., Baharvandi H. R.: Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites. Materials Science and Engineering A 518 (2009) 61÷64.
• [4] Maziarz W., Wójcik A., Bobrowski P., Bigos A., Szymański Ł., Kurtyka P., Rylko N., Olejnik E.: SEM and TEM studies on in-situ cast Al–TiC composites. Materials Transaction 60 (5) (2019) 714÷717.
• [5] Sujith S. V., Mahapatra M. M., Mulik R.: An investigation into fabrication and characterization of direct reaction synthesized Al-7079–TiC in situ metal matrix composites. Archives of Civil and Mechanical Engineering 19 (1) (2018) 63÷78.
• [6] Wang L., Qiu F., Ouyang L., Wang H., Zha M., Shu S., Zhao Q., Jiang Q.: A novel approach of using ground CNTs as the carbon source to fabricate uniformly distributed nano-sized TiCx/2009Al composites. Materials 8 (12) (2015) 8839÷8849.
• [7] Boczkal S., Dolata A., Nowak M.: Effect of SiC and GR reinforcement particles on the structure and functional properties of composite casting E43 MMC reinforced with SiC particles. Archives of Metallurgy and Materials 61 (1) (2016) 399÷403.
• [8] Dolata A., Dyzia M., Boczkal S.: Influence of the Sr and Mg alloying additions on the bonding between matrix and reinforcing particles in the AlSi7Mg/SiC–Cg hybrid composite. Archives of Metallurgy and Materials 61 (2) (2016) 651÷651.
• [9] Michalik D., Valle N., Guillot J., Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Witkowska A., Myalski J.: Preparation and characterization of Al–Si3N4 composite particles. Solid State Phenomena 197 (2013) 155÷161.
• [10] Myalski J., Wieczorek J.: Metal matrix composites containing a glassy carbon particles used to work in friction conditions. Tribologia 234 (2010) 79÷86.
• [11] Abdullahi U., Maleque M. A., Nirmal U.: Wear mechanisms map of CNT– Al nano-composite. Procedia Engineering 62 (2013) 736÷742.
• [12] Hekner B., Myalski J., Valle N., Botor-Probierz A., Sopicka-Lizer M., Wieczorek J.: Friction and wear behavior of Al–SiC(n) hybrid composites with carbon addition. Composites part B: Engineering 108 (2017) 291÷300.
• [13] Hekner B., Myalski J.: Correlations between stereological parameters of carbon component and tribological properties of heterophase composites Al–Al2O3+C. Composites Theory and Practice 16 (2) (2016) 67÷73.
• [14] Vencl A., Bobic I., Arostegui S., Bobic B., Marinković A., Babić M.: Structural, mechanical and tribological properties of A356 aluminium alloy reinforced with Al2O3, SiC and SiC + graphite particles. Journal of Alloys and Compounds 506 (2) (2010) 631÷639.
• [15] Raju K. S. R., Raju V. R., Raju P. R. M., Rajesh S., Partha G.: Enhancement of the mechanical properties of an aluminum metal matrix nanocomposite by the hybridization technique. Journal of Materials Research and Technology 5 (3) (2016) 241÷249.
• [16] Posmyk A., Myalski J., Hekner B.: Glassy carbon coating deposited on hybrid structure of composites materials. Archives of Metallurgy and Materials 61 (2B) (2016) 145÷150.
• [17] Posmyk A., Myalski J.: Composites including foam inserts designed for combustion engine cylinder liners. Composites Theory and Practice 17 (1) (2017) 25÷29.
• [18] Kulasa J., Malec W., Juszczyk B., Malara S., Cwolek B.: Microstructure and tribological properties of tin bronze-graphite composites made by stir casting. Metalurgija 55 (1) (2016) 19÷21.
• [19] Juszczyk B., Kulasa J., Malara S., Czepelak M., Malec W., Cwolek B., Wierzbicki L.: Tribological properties of copper-based composites with lubricating phase particles. Archives of Metallurgy and Materials 59 (2) (2014) 615÷620.
• [20] Naebe M., Shirvanimoghaddam K.: Functionally graded materials: A review of fabrication and properties. Applied Materials Today 5 (2016) 223÷245.
• [21] Kawasaki A., Watanabe R.: Concept and P/M fabrication of functionally gradient materials. Ceramics International 23 (1997) 73÷83.
• [22] Kieback B., Neubrand A., Riedel J.: Processing techniques for functionally graded materials. Materials Science and Engineering 362A (2003) 81÷106.
• [23] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Godzierz M., Wrześniowski P.: Magnesium matrix composite with open-celled carbon foams obtained by powder metallurgy. Archives of Metallurgy and Materials 63 (2) (2018) 825÷831.
• [24] Olszówka-Myalska A.: Struktura połączenia między osnową aluminiową i cząstkami wzmacniającymi w kompozytach. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 1636, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2004).

Uwagi

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