Próby recyklingu kompozytów z nasycanym zbrojeniem grafitowym i osnową ze stopu OT7

• Autorzy: Nagolska D. , Szweycer M.

Warianty tytułu

EN

The attempts of recycling of composites with saturated graphite reinforcement and an OT7-alloy matrix

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przebieg recyklingu kompozytów metalowych z nasycanym zbrojeniem drogą rozdzielenia składników zależy między innymi od właściwości powierzchniowych układu: zbrojenie - ciekła osnowa - ośrodek oraz struktury zbrojenia kompozytu. W pracy przedstawiono wyniki analizy warunków wypływania ciekłego metalu osnowy z porów zbrojenia (rys. 3). Stwierdzono, iż z powodu skomplikowanej budowy porów zbrojenia kompozytowego wartości ciśnienia działającego na metal osnowy są zmienne (rys. 4). Może to doprowadzić do lokalnego zatrzymania procesu wypływania ciekłej osnowy ze zbrojenia kompozytu (rys. 5). Matematyczny opis geometrii zbrojenia jest bardzo trudny, a niekiedy nawet niemożliwy, wobec tego postanowiono eksperymentalnie zbadać przebieg wypływania osnowy metalowej z dwóch kształtek zbrojenia wykonanych z tego samego materiału, ale wyraźnie różniących się strukturą. Do badań wytypowano kompozyt o osnowie ze stopu ołowiu z antymonem OT7 zbrojony kształtkami grafitowymi w postaci spieku i prasowanych włókien (tab. 1 i rys. 6), które różni zarówno kształt, jak i wymiary porów. Kompozyty te poddano recyklingowi w dwóch ośrodkach: powietrzu i mieszance stopionych soli (tab. 2). W przypadku kompozytu zbrojonego spiekiem grafitowym poddanego recyklingowi w powietrzu uzysk był nieznaczny, niewiele przekraczający 5%, natomiast w ośrodku stopionych soli zaobserwowano uzysk rzędu 35%. Uzysk metalu z kompozytu zbrojonego włókniną grafitową w powietrzu wynosił również niewiele (ok. 9%), natomiast w ośrodku stopionych soli wyniósł ponad 90%. Uzyskane wyniki potwierdziły, iż na proces wypływania ciekłej osnowy metalowej z porów zbrojenia mają wpływ właściwości powierzchniowe. Otrzymane wyniki obliczeń oraz przeprowadzone badania wskazują jednak, iż na proces recyklingu ma duży wpływ również struktura zbrojenia. Przy identycznych właściwościach powierzchniowych układu i różnej strukturze zbrojeniach otrzymujemy bowiem znaczne różnice w uzysku metalu (rys. 7). Przeprowadzona analiza wskazuje, iż struktury zbrojenia charakteryzują kąty rozwarcia kapilary [alfa] oraz wartości średnic d1 i d2, a także stosunek tych wartości. Zaprezentowana w niniejszym artykule analiza jakościowa nie jest wystarczająca do określenia wpływu zmienności parametrów struktury na uzysk metalu. Aby możliwe było określenie zależności uzysku metalu od tych parametrów, konieczne jest przeprowadzenie analizy ilościowej, co wszakże utrudnia lub nawet uniemożliwia brak możliwości opisu matematycznego struktury. Wykonane doświadczenia dotyczące kompozytu: stop OT7 - zbrojenie grafitowe umożliwiły jednak określenie, które z badanych zbrojeń posiada lepszą strukturę z punktu widzenia recyklingu. Wynika z nich, iż parametry struktury zbrojenia w postaci włókien są znacznie korzystniejsze niż zbrojenia w postaci spieku.

EN

Recycling of metal composites with saturated reinforcement by separation of the components depends, among others, on surface properties of the reinforcement - liquid matrix - environment system, and the structure of composite reinforcement. The paper presents the results of the analysis of conditions of liquid matrix metal outflow from the reinforcement pores (Fig. 3). It was found that due to complicated structure of the composite reinforcement pores the values of the pressure acting on the matrix metal vary (Fig. 4). This might be conducive to local stoppage of the process of liquid matrix outflow from the composite reinforcement (Fig. 5). Mathematical description of the matrix geometry is very difficult or sometimes even impossible. In consequence, the course of metal matrix outflow from two reinforcement profiles made of the same material of clearly different structures were investigated experimentally. For the investigation purposes a composite of the lead - antimony alloy (OT7) was selected, reinforced with graphite profiles in the form of a sinter and pressed fibers (Table 1 and Fig. 6), of different shapes and pore sizes. The composites have been recycled in two surroundings: air and a mixture of molten salts (Table 2). In case of the graphite sinter reinforced composite recycled in air the yield was insignificant, barely exceeding 5 per cent. On the other hand, in the case of molten salts the yield of 35 per cent was achieved. The metal yield obtained from a graphite fiber reinforced composite was also small, amounting to 9 per cent, reaching 90 per cent for the case of the environment of molten was. The results so obtained confirmed that the process of liquid metal matrix outflow from the reinforcement pores is affected by the surface properties. Results of the calculation and the research indicate that the recycling process is also highly affected by the reinforcement structure. In case of identical surface properties of the system and different reinforcement structures the differences in metal yield values are significant (Fig. 7). The analysis shows that the reinforcement structure is characterized by the angels of flare of the capillaries [alpha], the diameters d1 and d2, and ratios of these values. The quantitative carried out in the present paper is insufficient for purposes of determining the effect of variability of the structure parameters on the metal yield. In order to enable determining influence of these parameters on the metal yield a qualitative analysis must be performed that may be difficult or even unfeasible because of impossibility of mathematical description of the structure. Nevertheless, the experiments related to the OT7 alloy - graphite reinforcement composite enabled answering the question which of the reinforcement types subject to the study has better structure from the recycling point of view. They show that parameters of the reinforcement structure in the form of fibers are more advantageous than for sinter reinforcement.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt metalowy; recykling

EN

metal-matrix composites; recycling

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 2
• Strony: 55--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nagolska D.

autor

Szweycer M.

• Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Materiałów, ul. Piotrowo 3, 61-138 Poznań

Bibliografia

• [1] Nagolska D., Recykling odlewów z metalowych kompozytów nasycanych, Praca doktorska, Politechnika Poznańska, Poznań 2002.
• [2] Nagolska D., Szweycer M., Szczepaniak K., The Effect of Preform Structure of a Metal Composite Casting on its Recycling Course, Int. Conf. High Temperature Capillarity 2004, San Remo.
• [3] Gawdzińska K., Nagolska D., Pędzich Z., Zych Ł., Mikrostruktura zbrojenia ceramicznego w różnych typach kompozytów na osnowie metalicznej, CERAMIKA/CERAMICS 2005, 91, Papers of The Commission on Ceramic Science, Polish Ceramic Bulletin, Polish Academy of Science - Kraków Division, Polish Ceramic Society.
• [4] Grabian J., Nasycanie zbrojenia z ceramicznych włókien nieuporządkowanych podczas wytwarzania odlewów z kompozytów metalowych, seria Studia nr 35, Wyd. WSM Szczecin, Szczecin 2001.
• [5] Clyne T.W., Manson J.F., The squeeze infiltration process for fabrication of metal-matrix compositcs, Metall. Trans. 1987, 18 A, August, 1519-1530.