Próby sycenia preform z włókien węglowych modyfikowanym stopem AlSi9Cu(Fe)

• Autorzy: Dyzia M. , Dolata-Grosz A. , Śleziona J. , Hufenbach W. , Gude M. , Czulak A.

Warianty tytułu

EN

Infiltration test of carbon fibres textile by modified AlSi9Cu(Fe) alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach coraz więcej ośrodków badawczych prowadzi prace nad kompozytami o osnowie aluminium zbrojonymi włóknami węglowymi (AlMMC/CF). Ponieważ materiały te charakteryzują się wysoką sztywnością, wytrzymałością właściwą oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, potencjalnym obszarem ich zastosowań może być przemysł lotniczy, motoryzacyjny, a także elektroniczny. Głównym problemem w procesie wytwarzania kompozytów o osnowie aluminium jest reaktywność oraz zwilżalność w układzie Al-C. Poprzez modyfikacje stopu osnowy oraz powierzchni włókien zbrojących można w procesach ciekłofazowych uzyskać warunki dobrego połączenia na granicy osnowa-włókno zbrojące. Celem realizowanych badań była modyfikacja składu stopu AlSi9Cu(Fe), tak aby możliwe było jego wykorzystanie w warunkach procesu gazowej infiltracji preformy 2D CF (tkaniny wyplecionej z włókien węglowych HTS 40 A23 12K). Jako wstępne kryterium oceny modyfikacji stopu bazowego przyjęto zakres temperatury krzepnięcia oraz wyniki próby lejności, natomiast weryfikacją technologiczną była próba sycenia zrealizowana w ILK TU Dresden. Prezentowane wyniki są fragmentem badań realizowanych w projekcie "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn" realizowanego w ramach programu DFG.

EN

In last years more and more research centers leads works on aluminium matrix composites reinforcement with carbon fibres (AlMMC/CF). That kind of materials characterize high stiffness, specific strength as well as low coefficient of thermal expansion and high coefficient of thermal and electric conductivity. Potential area of application them could be aerospace, automotive, and also electronic industry. Main problem in process of production aluminium matrix composites is reactivity and wettability into Al-C system. Improper wetting and chemical reaction at interface boundary could be a reason of degradation mechanical properties of the composite. After through modifications of alloy matrix and surface of reinforced fibres it were been possible to get conditions of best's connection between matrix and fibre in liquid phases processes. The aluminium alloys used for composites must have appropriate strength. Carbon fibres are characterized by a high elasticity modulus (from 250 to 400 GPa) with deformation until failure of 1-3%. To take advantage of the strength, the matrix must show deformation higher than that of the fibres. In addition, from the point of view of the liquid-phase technology, the aluminium alloy matrix should be characterized by low viscosity, high surface tension and low reactivity with carbon. Al-Si alloys fulfill this condition. However, they contain at least 7% Si and have low plastic properties (total strain does not exceed 5%), and the composite is characterized by high brittleness. Modification of base alloy AlSi9Cu(Fe), was aim of realized investigations in the point of view utilization them in conditions of process of gas infiltration 2D CF textile (woven preform made on HTS 40 A23 12K fibres). As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability. However realized of infiltration test was technological verification at ILK TU Dresden. The obtained plate had a regular shape, without casting defects on its surface. On metallographic specimens, good filling of the space between fibres with the matrix metal and a continuous connection on the fibres-matrix interface were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres, which, coupled with suitable alloy modification, should enable obtaining a composite which will meet the project assumptions including, first of all, appropriate technological and strength properties. Presented results are part of realized investigations in project "3D-textile rein-forced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; kompozyt o osnowie stopów aluminium; włókno węglowe; zwilżalność; modyfikacja

EN

aluminium matrix composite; AlMMC; carbon fibre; wettability; modification

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 3
• Strony: 210--213
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dyzia M.

autor

Dolata-Grosz A.

autor

Śleziona J.

autor

Hufenbach W.

autor

Gude M.

autor

Czulak A.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Tjong S.C., Ma1 Z.Y., Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites, Materials Science and Engineering 2000, 29, 49-113.
• [2] Naji H., Zebarjad S.M., Sajjadi S.A., The effects of volume percent and aspekt ratio of carbon fober on fracture toughness of reinforced aluminium matrix composites, Materials Science and Engineering A 2008, 486, 413-420.
• [3] Etter T., Papakyriacou M., Schulz P., Uggowitzer P.J., Physical properties of graphite /aluminium composites produced by gas pressure infiltration method, Carbon 2003, 41, 1017-1024.
• [4] Urena A., Rams J., Escalera M.D., Sanchez M., Characterization of interfacial mechanical properties in carbon fiber/aluminium matrix composites by the nanoindentation technique, Composites Science and Technology 2005, 65, 2025-2038.
• [5] Urena A., Rams J., Escalera M.D., Sanchez M., Effect of copper electroless coatings on the interaction between a molten Al-Si-Mg alloy and coated short carbon fibres, Composites: Part A 2007, 38, 1947-1956.
• [6] Rams J., Urena A., Escalera M.D., Sanchez M., Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites, Composites: Part A 2007, 38, 566-575.
• [7] Silvain J.F., Heintz J.M., Lahaye M., Interface analysis in Al and Al alloys/Ni/carbon, Composites, Journal of Materials Science 2000, 35, 961-965.
• [8] Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J., Influence of modification on structure, fluidity and strength of 226D aluminium alloy, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, Special Issue 3, 13-16.
• [9] Śleziona J., Dyzia M., Wieczorek J., Właściwości odlewnicze zawiesin kompozytowych AlSi-SiC, Archiwum Odlewnictwa 2006, 6, 22, 540-545.
• [10] Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Development of Textile-Reinforced Carbon Fibre Aluminium Composites Manufactured with Gas Pressure Infiltration Methods - AMME 2009 (w druku).