Wpływ parametrów spiekania pod ciśnieniem na wybrane właściwości materiału kompozytowego Al-cząstki Al2O3

• Autorzy: Gabrylewski M. , Patejuk A.

Warianty tytułu

EN

Influence of parameters of sintering under pressure process on selected properties of composite material Al-A12O3 particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wpływ temperatury spiekania na właściwości tribologiczne materiału kompozytowego (MK) typu Al-Al2O3. Na materiał osnowy zastosowano proszek aluminiowy o granulacji 80-100 [mikro]m. Na zbrojenie zastosowano cząstki Al2O3 o wielkości 20-60 [mikro]m w dwóch wariantach stanu warstwy wierzchniej - bez powłoki (oznaczone umownie - wariant I) oraz z powłoką niklową o grubości około 2 [mikro]m (oznaczone umownie - wariant II). Próbki do badań wykonane zostały metodą prasowania w podwyższonej temperaturze (tab. 1) w postaci pręta o średnicy 8 i długości 10-15 mm. Czas spiekania próbek dla obu wariantów był jednakowy i wynosił 15 minut. Przeprowadzone badania i analizy struktury otrzymanych próbek potwierdziły, że MK wykonany z wykorzystaniem cząstek bez powłoki niklowej charakteryzuje się typowym, dla zastosowanych materiałów, połączeniem adhezyjnym faz. Natomiast w przypadku MK wykonanego z wykorzystaniem cząstek pokrytych powłoką niklową stwierdzono, że połączenie tych cząstek z osnową jest typu dyfuzyjno-adhezyjnego (rys. 1). Przeprowadzone pomiary twardości (metodą Vickersa) otrzymanych próbek MK wykazały, że najwyższą twardością (niezależnie od analizowanego zakresu temperatury spiekania) charakteryzują się próbki spiekane przy ciśnieniu 120 MPa (rys. 2). Należy zaznaczyć, że zwiększenie ilości zbrojenia prowadzi do zwiększenia poziomu twardości badanych próbek. W kolejnym etapie badań MK przeprowadzono testy odporności na zużycie ścierne metodą pin on disc. Badania ścieralności realizowano, stosując obciążenie 3 MPa przy prędkości obwodowej 0,50 m/s. Przeciwpróbkę wykonano ze stali 45 ulepszonej cieplnie o twardości 42 HRC. Czas trwania próby wynosił 2 godziny. Kontrolowana temperatura współpracującej pary wynosiła 25š2°C. Wyniki badań jednostkowego zużycia masowego przedstawione graficznie w funkcji czasu trwania testu (rys. 3) wskazują, że zarówno parametry spiekania, jak i ilość fazy zbrojącej w postaci cząstek Al2O3 znajdującej się w objętości MK, wywierają istotny wpływ na poziom zużycia tych materiałów. Analiza topografii współpracujących powierzchni i śladów zużycia wykazała, że największe nierówności powierzchni, zarówno w badanych próbkach, jak i przeciwpróbkach, występują w skojarzeniach, w których próbka była wykonana z fazą zbrojącą w postaci cząstek Al2O3 bez powłoki niklowej. W tych próbkach MK obserwowano liczne ubytki (wykruszenia cząstek) na powierzchni współpracującej z przeeiwpróbką. Natomiast w przypadku badania próbek MK zawierającego 10 i 20% cząstek Al2O3 z powłoką niklową gładkość współpracujących powierzchni była nieco większa. Przede wszystkim nie obserwowano w tych przypadkach tak licznych wykruszeń towarzyszących im głębokich bruzd usytuowanych równolegle do wektora sił tarcia.

EN

In the work, the results of researchcs about influence sintering temperature on trybology properties of metal-matrix composite (MMC) the type of Al-Al2O3 particles, has been presented. Such a matrix material aluminium powder granulation 80-100 [micro]m has been used. Uncovered particles Al2O3 about size 20-60 [micro]m (signed as I option) and particles covered by nickel layer with thickness about 2 [micro]m (signed as II option) made reinforced material. Samples for researching was made by hot pressing method (Tab.1) using rod about diameter 8 and length 10-15 mm. Sintering time for every option was the same: 15 minutes. Made microscopic examination and analyses' confirmed that particles without nickel layer of MMC, characterized typical adhesive connection of phases. However, in case of covered by niekel layer particles of MMC, connection between particles and matrix has diffusion - adhesive character (Fig. 1). The hardness test of composite samples by Vickers method has been done. The results showed that samples sintered with pressure 120 MPa (independently from analysed range the temperature of sintering) have the highest hardness (Fig. 2). Increasing of volume fraction of reinforced material increases hardness of samples. In next step of researching, resistance tests of abrasive wear by pin on disc method has been done. For this researching of grindability, load of 3 MPa and peripheral speed of 0.50 m/s was given. Anti-sample was made from 45 heat treatmented steel about hardness 42 HRC. The time of test was 2 hour. The controlled temperaturę of co-operating steam received 25 š2"C. The results of unitary mass decrement in function of time of test has been presented in Figurę 3. They arę showed, that both sintering parametres and yolume of fraction of reinforced materiał have essencial influence on level of material's wear. The analysis of topography of co-operating surfaces and traces of wear shows, that the samples and anti-samples have the largest inequalities of surface when the sample was made with Al2O3 reinforced material without nickel layer. In these MMC samples was observed a plenty of defects (crumbling up particles) on co-operating anti-samples' surface. However, MMC samples including 10 and 20% of covered by nickel layer Al2O3 particles - the quality of co-operating surfaces was higher. First of all, so much defects and accompanying furrows situated parallel to vector of strengths of friction, was not obseryed.

Słowa kluczowe

PL

materiał kompozytowy; osnowa; zbrojenie; cząstki Al2O3; cząstki zbrojące

EN

metal matrix composite; reinforcement; Al2O3 particles

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 10
• Strony: 212--215
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gabrylewski M.

• Przedsiębiorstwo Badawczo-Wdrożeniowe Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Aparatury Badawczej i Dydaktycznej Biuro Badań i Certyfikacji „COBRABID-BBC” sp. z o.o., ul. Łucka 13, 00-842 Warszawa

autor

Patejuk A.

• Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, ul. Wiejska 45C, 15-950 Białystok

Bibliografia

• [1] Sobczak J., Kompozyty metalowe, Wyd. Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa 2001.
• [2] Leżański J., Madej M., Smoleń D., Wytwarzanie i własności spiekanych kompozytów stal szybkotnąca-węglik WC-miedź fosforowa, Kompozyty (Composites) 2002, 2, 5, 283-287.
• [3] Wojciechowski A., Sobczak J., Kompozytowe tarcze hamulcowe pojazdów drogowych, Wyd. Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa 2001.
• [4] Zarański Z., Patejuk A., Ocena jakości materiałów kompozytowych stosowanych w pojazdach samochodowych, IV Krajowa Kursokonferencja 1999, 55-63.
• [5] Gabrylewski M., Patejuk A., Materiały kompozytowe z osnową metaliczną, Inżynieria Materiałowa 1997, 6.
• [6] Patejuk A., Durejko T., Badanie materiałów kompozytowych na osnowie aluminium zbrojonych cząstkami SiO2, Archiwum Odlewnictwa 2001, 1, 544-550.
• [7] Patejuk A., The influence of nickel covering of Al2O3 on properties of composite material with aluminium matrix, Międzynarodowa Konferencja Progres transportnych sredstw, Wołgograd 2002, 246-250.
• [8] Patejuk A., Wpływ powłoki niklowej na pęknięcia międzyfazowe kompozytu typu Al-Al2O3, II Sympozjum Mechaniki Pękania 2003, 254-259.