Strengthening of aluminium based composites with amorphous metallic or Al2O3 particles

• Autorzy: Kukuła-Kurzyniec A. , Dutkiewicz J. , Bobrowski P. , Wajda W. , Góral A. , Ochin P. , Perriere L.

Warianty tytułu

PL

Umocnienie kompozytów na osnowie aluminium poprzez dodatek metalicznej fazy amorficznej lub cząstek Al2O3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aluminium alloy based composites were prepared by hot pressing in a vacuum in order to study the strengthening effect of an amorphous phase addition in the form of ball milled powder from melt spun ribbons of the Al73Si5Ni7Cu8Zr7 (at.%) alloy. For comparison, a composite with a strengthening ceramic Al2O3 phase was hot pressed under the same conditions. DSC measurements allowed the authors to determine the start of the crystallization process of the amorphous ribbons at 240°C. The presence of the majority of the amorphous phase in the melt spun ribbons was additionally confirmed by the X/ray diffraction technique which also revealed the presence of an α/Al solid solution and some peaks of intermetallic phases. SEM studies showed homogenous distribution of the strengthening particles in both kinds of composites and confirmed the existence of α /Al and some intermetallic crystallites inside the metallic amorphous particles. The hardness of all the prepared composites was comparable and amounted to approximately 50 HV1 for those with the Al matrix and 120 HV1 for the ones with the 2618A alloy matrix. The composites have shown a higher yield stress than the hot pressed aluminium or 2618A alloy. SEM studies of the cracks after compression tests revealed that the interfaces between the strengthening phase and matrix in metallic amorphous powder/Al /2618A alloy composites show a different character of the interface between the ceramic particles and the Al matrix. Therefore in the composite with the Al2O3particles, cracks have the tendency to propagate at the interfaces with the matrix more often than in amorphous/Al composites.

PL

W artykule opisano badania dotyczące struktury i właściwości kompozytów na osnowie aluminium i jego stopu / 2618A, wykonanych metodą prasowania na gorąco w próżni. Fazę umacniającą stanowił 10% dodatek proszku o składzie Al73Si5Ni7Cu8Zr7 (% at.), otrzymany w wyniku mielenia kulowego metalicznych taśm amorficznych odlanych na wirujący walec (melt spinning). W celu porównawczym w tych samych warunkach sprasowano również kompozyt o osnowie Al, w którym fazę umacniającą stanowił 10% dodatek cząstek ceramicznych - Al2O3. Metodą mikrokalorymetrii różnicowej (DSC) określono temperaturę początku krystalizacji taśm amorficznych na około 240°C. Techniką dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) potwierdzono obecność znacznego udziału struktury szklistej zarówno w odlanych, jak i sproszkowanych taśmach, a także stwierdzono niewielki udział roztworu α/Al oraz faz międzymetalicznych. Badania strukturalne wykonane metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazały równomierne rozmieszczenie cząstek faz umacniających w obu rodzajach kompozytów, a w przypadku cząstek taśm amorficznych potwierdzono obecność w ich wnętrzu krystalitów roztworu α/Al i faz międzymetalicznych. Twardość wszystkich przygotowanych kompozytów była porównywalna i wynosiła około 50 HV1 dla kompozytów o osnowie Al oraz 120 HV1 dla materiałów na bazie stopu 2618A. Obserwacja SEM mikrostruktury próbek kompozytowych po testach ściskania pozwoliła zauważyć inny charakter granicy rozdziału cząstek fazy umacniającej i osnowy w przypadku zastosowania cząstek taśmy Al73Si5Ni7Cu8Zr7, co wpływa na odmienny przebieg drogi propagacji pęknięć niż w przypadku proszku Al2O3, gdzie występuje słabsze połączenie w granicy osnowa/cząstki wzmacniające. W przypadku zastosowania ceramicznej fazy umacniającej kompozyt wykazuje tendencję do propagacji pęknięć po granicach wprowadzonych cząstek.

Słowa kluczowe

EN

Al-based amorphous composites; Al-based-Al2O3 composites; melt spinning; powder hot pressing; compression tests

PL

kompozyty na osnowie Al umacniane fazą amorficzną; kompozyty metaliczno-ceramiczne; odlewanie na wirujący walec; prasowanie proszków na gorąco; badania wytrzymałości metodą ściskania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 141--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kukuła-Kurzyniec A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Dutkiewicz J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Bobrowski P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wajda W.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Góral A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Ochin P.

• ICMPE, CNRS UMR 7182, 2-8 rue Henri Dunant, 94320 Thiais, France

autor

Perriere L.

• ICMPE, CNRS UMR 7182, 2-8 rue Henri Dunant, 94320 Thiais, France

Bibliografia

• [1] Kaczmar J.W., Pietrzak K., Włosiński W., The production and application of metal matrix composite materials, Materials J. Proc. Technol. 2000, 106, 58-67.
• [2] Issam S. Jalham, A., A comparative study of some network approaches to predict the effect of the reinforcement content on the hot strength of Al-base composites, J. Materials Proc. Technol. 2005, 166, 392-397.
• [3] Tjong S.C., Wang G.S., Mai Y.W. Low-cycle fatigue behavior of Al-based composites containing in situ TiB2,Al2O3 and Al3Ti reinforcements, Mater. Sci. Eng. A 2003, 358,99-106.
• [4] Lee M.H., Park J.S., Kim J.-H., Kim W. T., Kim D.H. Synthesis of bulk amorphous alloys and composites by warm rolling process, Materials Letters 2005, 59, 1042-1045.
• [5] Lee J.H., Park E.S., Lee J.C., Huh M.Y., Kim H.J., Base J.C., In situ microfracture observation of Cu-based amorphous alloy matrix composites containing copper or brass particles, Mater. Sci. Eng. A 2009, 508, 15-22.
• [6] Chang-Young Son, Chang Kyu Kim, Seung Yong Shin, Sunghak Lee, Microstructure and mechanical properties of Cu-base amorphous alloy matrix composites consolidated by spark plasma sintering, Mater. Sci. Eng. A 2007, 449—451, 924-928.
• [7] Suryanarayana C., Inoue A., Bulk Metallic Glasses, CRC Press, Boca Raton 2012.
• [8] Gogebakan M., Warren P.J., Cantor B., Crystallization behavior of amorphous Al85Y11Ni4 alloy, Mater. Sci. Eng. A 1997, 226-228, 168-172.
• [9] A. Inoue, Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystaline alloys in Al-based systems, Prog. Mater. Sci. 1998, 43, 365-520.
• [10] Lee T.H., Kawamura Y., Inoue A., Cho S.S., Masumoto T., Mechanical properties of rapidly solidified Al-Si-Ni-Ce P/M alloys, Scr. Metall. 1997, 36, 475.
• [11] Latuch J., Cieślik G., Kulik T., Fabrication and structure of bulk nanocrystalline Al-Si-Ni-mishmetal alloys, Alloys J., Comp. 2007, 434-435, 272-274.
• [12] Cieślak G., Wytwarzanie nanokrystalicznych stopów z układu Al-Si-Ni-Mm (miszmetal), PhD thesis, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2012.
• [13] Kaikai Song, Xiufang Bian, Jing Guo, Shenghai Wang, Bao’an Sun, Xuelian Li, Caidong Wang, Effects of Ce and Mm additions on the glass forming ability of Al-Ni-Si metallic glass alloys, J. Alloys Comp. 2007, 440, L8-L12.
• [14] Villars P., Prince A., Okamoto H., Handbook of Ternary Alloy Phase Diagrams, ASM Int., Ohio 1995, 4167.
• [15] McKay B.J., Cizek P., Schumacher P., O’Reilly K.A.Q., Heterogeneous nucleation in an Al-Ni-Si alloy studied using a metallic glass technique, Mater. Sci. Eng. A, 2001, 304-306, 240-244.
• [16] Wang L., Ma L., Kimura H., Inoue A., Amorphous forming ability and mechanical properties of rapidly solidified Al-Zr-LTM (LTM=Fe, Co, Ni and Cu) alloys, Materials Letters 2002, 52, 47-52.
• [17] Dutkiewicz J., Maziarz W., Lityńska-Dobrzyńska L., Góral A., Kukuła A., Kanciruk A., Kompozyty nanokrystaliczne na osnowie stopu aluminium 6061 z dodatkiem fazy ceramicznej alfa– Al2O3. Kompozyty (Composites) 2010, 10, 1, 76-80.
• [18] Dutkiewicz J., Kukuła-Kurzyniec A., Lityńska-Dobrzyńska L., Ochin P., The structure and properties of composites based on silver and aluminium alloys strengthened with amorphous phase, Composites Theory and Practice 2012, 12, 1, 44-49.
• [19] Kukuła-Kurzyniec A., Dutkiewicz J., Ochin P., Perriere L., Dłużewski P., Góral A., Amorphous – nanocrystalline structure and properties of melt spun Al-Si-Ni-based alloys, Archives of Metallurgy and Materials (2/2013, in print).