Próby zastosowania metod anihilacji pozytonów do badań strukturalnych metalowych materiałów kompozytowych

• Autorzy: Dryzek J. , Dryzek E. , Sobczak J. , Darłak P.

Warianty tytułu

EN

Application of the positron annihilation method for structural characterization of metal matrix composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca stanowi próbę zastosowania techniki anihilacji pozytonów do badań struktury kompozytów metalowych na przykładzie aluminiowej osnowy metalowej zbrojonej włóknem krótkim na bazie tlenku glinu. Ze względu na duży ładunek nowości w pracy szczegółowo przedstawiono metodologiczne aspekty zastosowanej techniki eksperymentalnej, wykorzystującej stosunkowo proste i poznane sposoby detekcji promieniowania gamma. W zakresie badawczym omówiono dotychczasowe wyniki zmian przebiegu anihilacji pozytonów w przypadku monolitycznej miedzi i stopów aluminium. Badania własne przeprowadzono na próbkach pobranych z tłoka kompozytowego z siluminu okołoeutektycznego zbrojonego lokalnie preformą ceramiczną typu MORGAN, wytworzonego infiltracją ciśnieniową (squeeze infiltration) preform na bazie 22 š2% obj. tlenku glinu (96% Al2O3, 4% SiO2) stopem AlSi12CuNiMg z krzepnięciem całego odlewu pod docelowym ciśnieniem 230 MPa. Przeprowadzono dwie serie pomiarów czasów życia pozytonów, jedną związaną z obszarem monolitycznym, drugą obejmującą strefę kompozytu. W widmie pomiaru obszaru monolitycznego uzyskano jedną wartość średniego czasu życia pozytonów. W widmie otrzymanym dla kompozytu AlSi12CuNiMg/22% Al2O3 wyodrębniono trzy składowe czasów życia pozytonów. Badania prowadzono na próbkach w stanie lanym i po obróbce cieplnej typu utwardzania dyspersyjnego. Rozważania dotyczące powiązania niektórych składowych czasu życia pozytonów z defektami strukturalnymi zilustrowano obrazami defektów typu nieciągłości strukturalnych (SEM). Proponowana metoda może znaleźć zastosowanie w indykacji defektów strukturalnych trudnych do wychwycenia innymi tradycyjnymi metodami pomiarowymi. Dwoje współautorów (J.D. i E.D.) korzystało w trakcie wykonywania pracy ze wsparcia finansowego otrzymanego dzięki grantowi KBN Nr 2 P03B 008 24.

EN

The work presents the preliminary results of application of the positron annihilation method for characterization of MMCs microstructure using as an example the aluminum matrix composites reinforced with short alumina-based fibers. The detailed analysis of methodological aspects of applied innovative experimental method has been done taking into account the known and relatively simple techniques used for the detection of gamma radiation (Figs 1, 2). The obtained results of the process of positron annihilation have been discusscd on an example of monolithic pure copper and aluminum alloys (Tab. 1, Fig. 3). The investigation has been done on the samples taken from the composite piston, produced from near eutectic alloy AlSi12CuNiMg and locally reinforced with a MORGAN porous ceramic preform by squeeze infiltration and further solidification under a pressure of 230 MPa (Fig. 4). The as-received preform had 22 š2 vol.% short alumina-based fibers (96% Al2O3, 4% SiO2). The comparison measurements of the positron life time have been done in both monolithic part of the piston as well as in its reinforced par (Fig. 5, Tab. 2 and 3). The spectrum corresponding to the monolithic part shows one value for the positron life time while the spectrum taken from the reinforced part and presenting the composite AlSi12CuNiMg/22% Al2O3 indicates the well distinguished fraction of the three positron lifetime components. These measurements have been done on the samples in as-cast condition and after heat treatment (precipitate hardening). The results obtained have been analyzed from viewpoint of the effects of such structural defects as discontinuities noted by SEM characterization (Fig. 6). The proposed method can be recommended for the characterization of structural defects, particularly those, which are difficult to be identified by other methods. The authors express their gratitude to the Committee of Scientifics Research (Poland) which has supported this work within grant.

Słowa kluczowe

PL

anihilacja; pozyton; badanie strukturalne; metalowy materiał kompozytowy

EN

annihilation; positron; structural investigation; metal matrix composite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 2
• Strony: 74--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dryzek J.

• Instytut Fizyki Jądrowej, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków

autor

Dryzek E.

• Instytut Fizyki Jądrowej, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków

autor

Sobczak J.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Darłak P.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Bibliografia

• [1] Charlton M., Humberston J.W., Positron Physics, Cambridge University Press, Cambridge 2001.
• [2] Dryzek J., Wstęp do spektroskopii anihilacji pozytonów w ciele stałym, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 1997.
• [3] Krause-Rehberg R., Leipner H.S., Positron Annihilation in Semicoductors, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1999.
• [4] Dryzek J., Dryzek E., Subsurface Zones in Aluminium Detected by Positron Lifetime Spectroscopy, Materials Science Forum 2004, 72, 445-446.
• [5] Schrader D.M., Jean Y.C., Positron and Positronium Chemistry, Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo 1988.
• [6] Sobczak J., Aluminum Alloys Matrix Composites, Journal of KONES 1994, 1, 1, 580-595.
• [7] Górny Z., Sobczak J., Sławiński Z., Foundry Aspects and Performance Characteristics of Locally Reinforced Composite Pistons, Proceedings of the 65th World Foundry Congress, October 20-24, 2002, Gyeongju, Korea, The Korean Foundrymen’s Society, 387-400.
• [8] Rudnik D., Sobczak J., Tłoki kompozytowe do silników spalinowych, Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa 2001.
• [9] Sobczak J., Kompozyty metalowe, Instytut Odlewnictwa - Instytut Transportu Samochodowego, Kraków-Warszawa 2001.