Cu based composite materials reinforced with Al-Cr preform produced by reactive melt infiltration

• Autorzy: Naplocha K.

Warianty tytułu

PL

Materiały kompozytowe na osnowie Cu umacniane preformami Al-Cr wytwarzane poprzez infiltrację reaktywną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Composite materials were produced by reactive infiltration of a porous intermetallic Al9Cr4 preform whose structure was developed during combustion synthesis. Compacts of Al and Cr powders with a stoichiometric ratio of Al/Cr equal to 9/4 were placed and ignited in a microwave reactor. Due to the low enthalpy of the reaction, the samples were preheated. The reaction starts with partial melting of the Al particles producing a homogeneous structure with open porosity. The synthesis proceeded by intermediate phase transformations reaching a maximum temperature of ca. 1000°C. Next, the preforms were pressure infiltrated with molten Cu with interfacial diffusion of the composite elements. The intermetallic compound decomposed releasing Al which saturated the matrix and formed a Cu9Al4(Cr) phase. Simultaneously, the preform transformed into a mixture of globular precipitates of Cr52Al35Cu13 embedded in the Cu47Al41Cr12 phase. The produced composite materials exhibit significant heat and oxidation resistance. The developed protective layer was composed of Al2O3 oxides doped with Cr and Cu and growth with parabolic oxidation kinetics.

PL

Materiały kompozytowe wytwarzano metodą infiltracji reaktywnej porowatych międzymetalicznych preform Al9Cr4, których strukturę wykształcono poprzez syntezę spaleniową. Wypraskę z mieszaniny proszków Al oraz Cr o stosunku stechiometrycznym Al/Cr równym 9/4 umieszczano w reaktorze mikrofalowym, gdzie inicjowano syntezę. Z powodu niskiej entalpii reakcji próbki wstępnie podgrzewano, a reakcja rozpoczynała się od częściowego nadtopienia cząstek Al i rozprzestrzeniała na całą próbkę, tworząc jednorodną strukturę z otwartą porowatością. W trakcie syntezy powstawały fazy pośrednie, a jej maksymalna temperatura dochodziła do ok. 1000°C. Tak przygotowane preformy poddawano infiltracji ciśnieniowej ciekłą Cu, podczas której dochodziło do dyfuzji i wymiany pierwiastków pomiędzy osnową a umocnieniem. Związek międzymetaliczny uwalniał Al, które nasycało osnowę i ostatecznie tworzyło związek Cu9Al4(Cr). Równocześnie preforma przekształcała się w mieszaninę globularnych wydzieleń Cr52Al35Cu13 osadzonych w związku Cu47Al41Cr12. Wytworzone kompozyty cechują się wysoką odpornością na utlenienie w podwyższonych temperaturach. W trakcie utleniania rozwija się zwarta ochronna warstewka tlenków Al2O3 domieszkowana Cr i Cu. Jej powolny wzrost ma charakter paraboliczny.

Słowa kluczowe

EN

reactive infiltration; preform; combustion synthesis; oxidation resistance

PL

infiltracja reaktywna; preforma; synteza spaleniowa; odporność na utlenienie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 78--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Naplocha K.

• Wroclaw University of Technology, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wroclaw 50-370, Poland

Bibliografia

• [1] Xu Wei, Hu Rui, Li Jin-shan, Fu Heng-zhi, Effect of electrical current on tribological property of Cu matrix composite reinforced by carbon nanotubes, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2011, 21(10), 2237-2241.
• [2] Kelly A., Bomford M.J., The tensile strength of copper/tungsten fibre-reinforced composites, Fibre Sci. Technol. 1971, 4 (1), 1-8.
• [3] Qi Y.H., Zhang P., Hei Z.K., Dong C., The microstructure analysis of Al-Cu-Cr phases in Al65Cu20Cr15 quasicrystalline particles/Al base composites, J. Alloys Comp. 1999, 285(1), 221-228.
• [4] Zhang Lin, Qu Xuanhui, Duan Bohua, He Xinbo, Ren Shubin, Qin Mingli, Microstructure and thermo-mechanical properties of pressureless infiltrated SiCp/Cu composites, Compos. Sci. Technol. 2008, 68(13), 2731-2738.
• [5] Zhang Lin, Qu Xuan-hui, Duan Bai-hua, He Xin-bo, Qin Ming-li, Ren Shu-bin, Wettability and pressureless infiltration mechanism in SiC-Cu systems, Int. J. Miner. Metall. Mater. 2009, 16(3), 327-333.
• [6] Naplocha K., Granat K., Combustion synthesis of Al-Cr preforms activated in microwave field, J. Alloys Comp. 2009, 480(2), 369-375.
• [7] Raghavan V., Al-Cr-Cu (Aluminum-Chromium-Copper), J. Phase Equilib. Diffus. 2012, 33(1), 53-54.
• [8] Kouji Mimura, Jae-Won Lim, Minoru Isshiki, Yongfu Zhu, Brief review of oxidation kinetics of copper at 350-1050 C, Metall. Mater. Trans. A 2006, 37(4), 1231-1237.
• [9] Zhu Y., Mimura K., Isshiki M., Oxidation mechanism of Cu2O-CuO at 600-1050°C, Oxid. Met. 2004, 62(3-4), 207-222.
• [10] Wang S.Y., Gesmundo F., Wu W.T., Niu Y., A non-classical type of third-element effect in the oxidation of Cu-xCr-2Al alloys at 1173 K, Scr. Mater. 2006, 54(9), 1563-1568.
• [11] Raj S.V., Comparison of the isothermal oxidation behavior of as-cast Cu-17%Cr and Cu-17%Cr-5%Al Part I: oxidation kinetics, Oxid. Met. 2008, 70, 85-102.
• [12] Raj S.V., Comparison of the isothermal oxidation behavior of as-cast Cu-17%Cr and Cu-17%Cr-5%Al Part II: scale microstructures, Oxid. Met. 2008, 70, 102-119.