Wear resistance of composites with Mg–Zn–RE–Zr alloy matrix and open-celled carbon foam

• Autorzy: Godzierz Marcin , Olszówka-Myalska Anita , Wrześniowski Patryk

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2019.2.3

Warianty tytułu

PL

Odporność na zużycie ścierne kompozytów na osnowie stopów Mg–Zn–RE–Zr z otwartokomórkową pianą węglową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this article, a magnesium matrix composite, reinforced with open-celled carbon foam and fabricated by pressure infiltration method, was examined. The main problem analysed was the usefulness of two commercial magnesium alloys RZ5 and ZRE1 as matrices in terms of composite tribological properties. Results of composite microstructure examinations by LM and SEM with EDS, porosity and hardness measurements were presented, and wear resistance in a dry friction conditions was characterized by a pin–on–disc method. The friction coefficient, the mass loss of sample and cast iron countersample, and wear trace depth were measured, as well as the mechanism of wear was examined by SEM observations of the wear traces. Obtained results show good infiltration of open-celled carbon foam and microstructural effects at an interface similar to the particulate and fibrous composites of C–Mg systems. Differences in wear resistance, dependent on applied matrix alloy, were revealed, and the ZRE1 magnesium alloy was indicated as more favourable, due to a composite lower friction coefficient, less mass lost, and wear trace depth. The wear of open-celled carbon foam was regular and without cracks in the reinforcement, fragmentation, or pulling out.

PL

Kompozyty z osnową ze stopów lekkich, głównie aluminium, zbrojone otwartokomórkowymi pianami ceramicznymi, najczęściej z Al2O3, są obecnie przedmiotem prac o charakterze technologicznym i poznawczym. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć segregacji zbrojenia, co może mieć miejsce w przypadku aplikacji w kompozytach metalowych cząstek bądź włókien. Jednak oprócz znanej kwestii oddziaływania fizykochemicznego metal–zbrojenie pojawia się nowy problem technologiczny — prawidłowa infiltracja piany metalem. Obydwa zagadnienia są bezpośrednio związane z doborem składu chemicznego stopu, gdyż stopy przydatne jako samodzielne tworzywo konstrukcyjne mogą być w kompozytach zupełnie nieużyteczne. W artykule zaprezentowano nowy materiał kompozytowy, w którym zbrojenie stanowiła otwartokomórkowa piana węglowa (Cof), a osnowę dwa konwencjonalne, odlewnicze stopy magnezu RZ5 i ZRE1 zawierające metale ziem rzadkich RE. Rolą komponentu węglowego w takim materiale, podobnie jak w przypadku aplikacji cząstek węgla szklistego i włókien węglowych krótkich, jest m.in. zmiana właściwości tribologicznych. Celem pracy była charakterystyka wytworzonego w Politechnice Śląskiej metodą infiltracji ciśnieniowej kompozytu zawierającego otwartokomórkową pianę węglową o takiej samej geometrii i dwa różne stopy osnowy z układu Mg–Zn–RE–Zr. Charakterystyka objęła głównie mikrostrukturę i badania tribologiczne w warunkach tarcia suchego. Na jej podstawie wskazano, który spośród zastosowanych stopów jest korzystniejszy z punktu widzenia zużycia kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

carbon open-celled foam; magnesium matrix composite; tribological properties; wear; automotive industry

PL

otwartokomórkowe piany węglowe; kompozyty z osnową magnezową; właściwości tribologiczne; tarcie; przemysł motoryzacyjny

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 40, nr 2
• Strony: 46--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Godzierz Marcin

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science and Metallurgy, Institute of Materials Engineering, Katowice

autor

Olszówka-Myalska Anita

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science and Metallurgy, Institute of Materials Engineering, Katowice

autor

Wrześniowski Patryk

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science and Metallurgy, Institute of Materials Engineering, Katowice

Bibliografia

• [1] Musfirah A. H., Jaharah A. G.: Magnesium and aluminum alloys in automotive industry. Journal of Applied Sciences Research 8 (2012) 4865÷4875.
• [2] Mustafa K. K.: Magnesium and its alloys applications in automotive industry. International Journal of Advance Manufacturing Technology 39 (2018) 851÷865.
• [3] Pekguleryuz M. O., Kaya A. A.: Creep resistant magnesium alloys for powertrain applications. Advanced Engineering Materials 5 (2003) 866÷878.
• [4] Easton M. A., Zhu S. Abbott T. B., Dargusch M., Murray M., Savage G., Hort N., Gibson M. A.: Evaluation of magnesium die-casting alloys for elevated temperature applications: castability. Advanced Engineering Materials 18 (2016) 953÷962.
• [5] Qian M., StJohn D. H., Frost M. T.: Zirconium alloying and grain refinement of magnesium alloys. Magnesium Technology (2003) 209÷214.
• [6] Dybowski B., Jarosz R., Kiełbus A., Cwajna J.: Influence of pouring temperature on castability and microstructure of QE22 and RZ5 magnesium casting alloys. Solid State Phenomena 191 (2012) 137÷144.
• [7] Rzychoń T., Szala J., Kiełbus A.: Microstructure, castability, microstructural stability and mechanical properties of ZRE1 magnesium alloy. Archives of Metallurgy and Materials 57 (2012) 245÷252.
• [8] Mehta D. S., Masood S. H., Song W. Q.: Investigation of wear properties of magnesium and aluminum alloys for automotive applications. Journal of Materials Processing Technology 155–156 (2004) 1526÷1531.
• [9] Taltavull C., Torres B., López A. J., Rams J.: Dry sliding wear behavior of AM60B magnesium alloy. Wear 301 (2013) 615÷625.
• [10] López A. J., Rodrigo P., Torres B., Rams J.: Dry sliding wear behaviour of ZE41A magnesium alloy. Wear 271 (2011) 2836÷2844.
• [11] García-Rodríguez S., Torres B., Maroto A., López A. J., Otero E., Rams J.: Dry sliding wear behavior of globular AZ91 magnesium alloy and AZ91/SiCp composites. Wear 390–391 (2017) 1÷10.
• [12] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Botor-Probierz A.: Effect of glassy carbon particles on wear resistance of AZ91E matrix composite. Solid State Phenomena 176 (2011) 127÷138.
• [13] Olszówka-Myalska A., Maziarz W., Botor-Probierz A.: Microstructure of magnesium alloy ZRE1–glassy carbon composite interface. Solid State Phenomena 211 (2014) 109÷114.
• [14] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Chrapoński J.: Influence of casting procedure on microstructure and properties of Mg alloy–glassy carbon particle composite. International Journal of Materials Research 106 (2015) 741÷749.
• [15] Ataya S., Alsaleh N. A., El-Sayed Seleman M. M.: Strength and wear behavior of Mg alloy AE42 reinforced with carbon short fibers. Acta Metallurgica Sinica – English Letters (2018) doi: https://doi. org/10.1007/s40195-018-0771-z.
• [16] Olszówka-Myalska A.: Some physicochemical phenomena observed during fabrication of Mg–C cast composites. Journal of Materials Engineering and Performance 25 (2016) 3091÷3097.
• [17] Konopka K., Olszówka-Myalska A., Szafran M.: Composites ceramic– metal with interpenetrating network. Materials Chemistry and Physics 81 (2003) 329÷332.
• [18] Dolata A. J.: Tribological properties of AlSi12–Al2O3 interpenetrating composite layers in comparison with unreinforced matrix alloy. Materials (2017) doi:10.3390/ma10091045.
• [19] Kremzer M., Dziekońska M., Sroka M., Tomiczek B.: Abrasive wear of AlSi12–Al2O3 composite materials manufactured by pressure infiltration. Archives of Metallurgy and Materials 61 (2016) 1255÷1260.
• [20] Posmyk A., Myalski J.: Composites including foam inserts designed for combustion engine cylinder liners. Composites Theory and Practice 17 (1) (2017) 25÷29.
• [21] Myalski J., Hekner B., Posmyk A.: Wpływ węglowej struktury szkieletowej na właściwości tribologiczne kompozytów z osnową aluminiową. Tribologia 5 (2015) 89÷98.
• [22] Potoczek M., Śliwa R.E.: Microstructure and physical properties of AlMg/Al2O3 interpenetrating composites fabricated by metal infiltration into ceramic foams. Archives of Metallurgy and Materials 56 (2011) 1265÷1269.
• [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 (2018) 825÷831.
• [24] Godzierz M., Olszówka-Myalska A.: Microstructural corrosion effects on carbon foam–AZ31 magnesium matrix composite surface. Composites Theory and Practice 18 (3) (2018) 133÷139.
• [25] Godzierz M., Olszówka-Myalska A., Wrześniowski P.: The interaction characteristics of liquid magnesium and selected magnesium alloys with open-celled glassy carbon foams. Inżynieria Materiałowa Materials Engineering 222 (2018) 61÷67.
• [26] Rogulski Z., Lewdorowicz W., Tokarz W., Czerwiński A.: Applications of Reticulated Vitreous Carbon (RVC) in the electrochemical power sources. Polish Journal of Chemistry 78 (2004) 1357÷1370.
• [27] Spradling D. M., Guth R. A.: Carbon foams. Advanced Materials & Processes 161 (2003) 29÷31.
• [28] Czarnecki J. S., Blackmore M., Jolivet S., Lafdi K., Tsonis P. A.: Bone growth on Reticulated Vitreous Carbon foam scaffolds and implementation of Cellular Automata modeling as a predictive tool. Carbon 79 C (2014) 135÷148.
• [29] Pec M. K., Reyes R., Sanchez E., Carballar D., Delgado A., Santamaria J., Arruebo M., Evora C.: Reticulated Vitreous Carbon: a useful material for cell adhesion and tissue invasion. European Cells & Materials 20 (2010) 282÷294.
• [30] Myalski J., Hekner B.: Glassy carbon foams as skeleton reinforcement in polymer composite. Composites Theory and Practice 17 (1) (2017) 41÷46.
• [31] Polish patent application P.422243, Olszówka-Myalska A., Myalski J., Godzierz M., Hekner B.

Uwagi

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