Mikrostruktura kompozytowej powłoki powstałej z natapiania próżniowego mieszaniny proszków Cu i SiC

• Autorzy: Kondej Adam , Babul Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.1493

Warianty tytułu

EN

Microstructure of the composite coating formed from melting a mixture of Cu and SiC powders in a vacuum furnace

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca opisuje badania mikrostruktury kompozytowej powłoki Cu-SiC-G powstałej w procesie natapiania w piecu próżniowym mieszaniny proszków miedzi (Cu) i węglika krzemu (SiC) na podłoże stalowe. Zastosowana mieszanina proszków stanowi materiał odpadowy pochodzący z procesu wytwarzania struktur węglowych, w tym grafenu (G), na proszkach miedzi, opracowanego w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej. Na powierzchni powłoki Cu-SiC-G występują licznie ziarna SiC o nieregularnych, ostrych krawędziach, stanowiące fazę umacniającą metaliczną osnowę. W wyniku działania wysokiej temperatury (do 1110°C) część SiC w kontakcie z Cu ulega termicznemu rozkładowi. Zdysocjowany Si i C dyfunduje w kierunku podłoża, które z kolei jest źródłem Fe i Cr, dyfundującego w kierunku powłoki. Między powłoką a podłożem tworzy się warstwa przejściowa. Na podstawie danych literaturowych oraz wyników przeprowadzonych badań można wnioskować, że w natapianej powłoce i warstwie przejściowej oprócz Cu, SiC i związków typu CuxSiy mogą tworzyć się związki typu FexCy oraz CrxCy, a także struktury węglowe – głównie grafit. W celu jednoznacznej identyfikacji faz należy przeprowadzić dodatkowe badania, uzupełnione o rentgenowską analizę fazową (XRD).

EN

The paper describes the microstructure study of a Cu-SiC-G composite coating formed in the vacuum furnace melting process of a mixture of copper (Cu) and silicon carbide (SiC) powders on a steel substrate. The used mixture of powders is a waste material from the process of producing carbon structures, including graphene (G), on Cu powders, developed at the Institute of Precision Mechanics. On the surface of the Cu-SiC-G coating there are numerous SiC grains with irregular, sharp edges, constituting the strengthening phase of the metallic matrix. As a result of high temperature (up to 1110°C), the SiC part in contact with Cu undergoes the thermal decomposition. The dissociated Si and C diffuses towards the substrate, which in turn is the source of Fe and Cr, diffusing towards the coating. A transition layer is formed between the coating and the substrate. On the basis of the literature data and the results of the conducted tests, it can be concluded that in the melted coating and the transition layer, FexCy and CrxCy compounds can be formed in addition to Cu, SiC and CuxSy compounds, as well as carbon structures – mainly graphite. In order to uniquely identify the phases, additional tests should be performed, supplemented with a X-ray phase analysis (XRD).

Słowa kluczowe

PL

powłoka kompozytowa; Cu; SiC; natapianie w piecu próżniowym

EN

composite coating; Cu; SiC; melting in a vacuum furnace

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 1
• Strony: 46--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kondej Adam

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej

autor

Babul Tomasz

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej

Bibliografia

• 1. Babul T., Baranowski M., Sobczak N., Homa M., Leśniewski W.: Thermophysical Properties of Cu-Matrix Composites Manufactured Using Cu Powder Coated with Graphene. „Journal of Materials Engineering and Performance” 2016, issue 8, s. 3146– 3151.
• 2. Babul T., Trzaska M., Jeleńkowski J., Wojciechowski A.: Potencjał Grafenu 3DIMP. „Logistyka” 2015, issue 4, s. 2282–2291.
• 3. Obuchowicz Z., Baranowski M., Babul T., Sobczak N.: Kompozyty Cu-Grafen 3DIMP. „Inżynieria Powierzchni” 2015, issue 2, s. 10–14.
• 4. Harshpreet S., Lailesh K., Syed N.A.: Development of Cu Reinforced SiC Particulate Composites. „Materials Science and Engineering” 2015, issue 75, s. 1–13.
• 5. DeHosson J.Th.M., Kooi B.J.: Metal/ceramic interfaces: a microscopic analysis. „Surface and Interface Analysis” 2001, issue 32, s. 637–658.
• 6. Finnis M.W., Phys J.: The theory of metal - ceramic interfaces. „Journal of Physics: Condensed Matter” 1996, issue 32, s. 5811.
• 7. Chmielewski M., Pietrzak K., Strojny-Nędza A., Kaszyca K., Zybała R., Bazarnik P., Lewandowska M., Nosewicz Sz.: Microstructure and Thermal Properties of Cu-SiC Composite Materials Depending on the Sintering Technique. „Science of Sintering” 2017, issue 49, s. 11–22.
• 8. Perkowski K., Osuchowski M., Witosławska I., Konopka G., Marciniak-Maliszewska B., Witek A.: Wpływ technologii na wybrane właściwości ceramiki z węglika krzemu (SiC). „Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych” 2011, issue 7, s. 22–36.
• 9. Celebi Efe G., Zeytin S., Bindal C.: Effects of SiC Particle Size on Properties of Cu–SiC Metal Matrix Composites. Proceedings of the International Congress on Advances in Applied Physics and Materials Science 2012, issue 1, s. 251–253.
• 10. Sundberg G., Paul P., Sung C., Vasilos T., Mater J.: Identification and characterization of diffusion barriers for Cu/SiC systems. „Journal of Materials Science” 2005, issue 13, s. 3383–3393.
• 11. Hyun-Ki K., Suk Bong K.: Thermal decomposition of silicon carbide in a plasma-sprayed Cu/SiC composite deposit. „Materials Science and Engineering” 2006, issue 428, s. 336–345.
• 12. Pradhan A.K., Das S.: Pulse-reverse electrodeposition of Cu–SiC nanocomposite coating: Effect of concentration of SiC in the electrolyte. „Journal of Alloys and Compounds” 2014, issue 590, s. 294–302.
• 13. Mirsaeed-Ghazi S.M., Allahkaram S.R., Molaei A.: Tribological Behavior and Corrosion Properties of Graphite Incorporated Cu/Sic Nanocomposite Coatings Prepared by Pulse Current Electrodeposition. „Inorganic Chemistry – An Indian Journal”, issue 1, 2018, s. 1-20.
• 14. Prosviryakov A.S.: SiC content effect on the properties of Cu–SiC composites produced by mechanical alloying. „Journal of Alloys and Compounds” 2015, issue 632, 707–710.
• 15. Huczko A., Dąbrowska A., Kurcz M.: Grafen. Otrzymywanie, charakterystyka, zastosowania. „Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego” 2016 Warszawa.
• 16. Kacper G.: Spektroskopia ramanowska grafenu. „Materiały Elektroniczne” 2013, issue 1, s. 47–53.
• 17. Olesinski R.W., Abbaschian G.J.: The Cu-Germanium System. „Bulletin of Alloy Phase Diagrams” 1986, issue 7, p. 28–35.
• 18. Suganuma K., Nogi K.: Interface Structure Formed by Characteristic Reaction between α-SiC Single Crystal and Liquid Cu. „J. Japan Inst. Met. Mater.” 1995, issue 59, p. 1292–1298.
• 19. Lee H.K., Lee J.Y.: Decomposition and interfacial reaction in brazing of SiC by copper-based active alloys. „Journal of Materials Science Letters” 1992, issue 11, s. 550–553.
• 20. Qin C.D., Derby B.: High temperature reactions between SiC and copper. „British Ceramic Transactions Journal” 1991, issue 90, s. 124–125.

Uwagi

PL

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