Projektowanie geometrii kompozytu warstwowego magnez-eutektyka

• Autorzy: Mola R. , Dziadoń A.

Warianty tytułu

EN

Designing geometry of the magnesium-eutectic mixture layered composite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pokazano, że istnieje możliwość wykonywania kompozytu warstwowego magnez-eutektyka z blach magnezu i aluminium. Aby uzyskać kompozyt, arkusze magnezu i aluminium układane są naprzemiennie w pakiet i wygrzewane w temperaturze 445°C. Wytrzymywanie pakietu w tej temperaturze przez kilka minut prowadzi do reakcji między metalami zachodzącej w stanie ciekłym. Ponieważ front reakcji migruje głównie w kierunku magnezu, zużywana jest większa objętość magnezu niż aluminium. Wygrzewanie jest kontynuowane do chwili, gdy cała ilość aluminium zostanie wyczerpana i przekształcona z częścią magnezu w fazę ciekłą. Podczas krzepnięcia tworzy się eutektyka. W wyniku uzyskuje się kompozyt składający się z warstw pozostałego magnezu rozmieszczonych między warstwami o strukturze eutektyki. Ponieważ eutektyka zawiera związek międzymetaliczny Mg17Al12, warstwy eutektyki są warstwami wzmacniającymi kompozyt. Grubość warstw wzmacniających zależy od grubości aluminium znajdującego się pomiędzy warstwami magnezu w pakiecie. Prezentowana metoda pozwala wykonywać kompozyty o założonym stosunku grubości warstw magnezu do grubości warstw eutektyki poprzez odpowiedni dobór grubości wyjściowych blach magnezu i aluminium. W ten sposób można modelować strukturę i własności mechaniczne kompozytu. Praca zawiera analizę procesu formowania kompozytu w aspekcie projektowania geometrii jego warstw. Analizę tę przeprowadzono w oparciu o dane eksperymentalne. Grubość wyjściowych arkuszy magnezu i aluminium tak dobierano, by uzyskać serię kompozytów o różnym stosunku grubości warstw. Za pomocą mikroskopu optycznego mierzono grubość warstw o strukturze eutektyki oraz grubość warstw pozostałego po reakcji magnezu. Stwierdzono, że warstwy kompozytu o strukturze eutektyki są cztery razy grubsze od grubości blachy aluminiowej zastosowanej do wykonania kompozytu. Określono również objętościowy udział magnezu w warstwach kompozytu o strukturze eutektyki. Na podstawie pomiarów ustalono proste relacje między grubością wyjściowych arkuszy magnezu i aluminium a grubością uzyskanych warstw kompozytu.

EN

It has been shown that there is a possibility to make layered magnesium-eutectic mixture composite from the elemental magnesium and aluminium sheets. To obtain a composite, magnesium and aluminium sheets are formed alternately into a pocket and then heated at temperature of 445°C. Holding for a few minutes the magnesium-aluminium pocket leads to reaction between the metals in the liquid state. Because front of the reaction zone migrates mainly into the magnesium, more volume of magnesium than aluminium is consumed in the reaction course. Heating is prolonged till the aluminium is exhausted and transformed with part of the magnesium into a liquid phase. During solidification eutectic mixture is formed. As a result composite with layers of residual magnesium stocked between layers of eutectic mixture is produced. The eutectic mixture contains Mg17Al12 intermetallic compound, so these layers of the composite are the reinforcement layers. The thickness of the reinforcement layers depend on the amount of aluminium placed between the magnesium layers. Presented method allow to produce the composites with any thickness ratio of magnesium layers to the eutectic mixture layers by choosing the thickness ratio of starting magnesium and aluminium sheets. In this way structure and mechanical properties of the composite can be modeling. A paper contains analysis of the composite formation in the aspect of the designing geometry of the composite layers. The work was based on the experimental data. The thickness of the initial magnesium and aluminium sheets was selected to produce a series of composites with different thickness ratios between the composite layers. The resulting thickness of the eutectic mixture layers and thickness of the residual magnesium layers were measured using optical microscope. It was found that the layers of composite containing eutectic mixture are four times thicker than the thickness of aluminium sheets used for composite fabrication. Volume contribution of the magnesium in the eutectic mixture synthesized layers of the composite was also determined. On basis of the measurements, the simple relations between the thickness starting magnesium and aluminium sheets and the thickness of the resulting composite layers were formulated.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt warstwowy; magnez; faza międzymetaliczna

EN

layered composite; magnesium; intermetallic phase

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 322--326
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mola R.

autor

Dziadoń A.

• Politechnika Świętokrzyska, Katedra Metaloznawstwa i Technologii Materiałowych, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce,

Bibliografia

• [1] Rawers J.C., Maupin H.E., Metall-intermetallic composites formed by reaction-sintering metal foils, J. Mat. Sci. Letters 1993, 12, 637.
• [2] Rawers J.C., Hansen J.S., Alman D.E., Hawk J.A., Formation of sheet metal-intermetallic composites by self-proragation high-temperature reactions, J. Mat. Sci. Letters 1994, 13, 1357.
• [3] Alman D.E., Rawers J.C., Hawk J.A., Microstructural and failure characteristics of metal-intermetallic layered sheet composites, Metall. Mater. Trans. A 1995, 26A, 589.
• [4] Jacob A., Speidel M.O., Microstructure and tensile properties of TiAl compounds formed by reactive foil metallurgy, Mat. Sci. Eng. A 1994, 189, 129.
• [5] Harach J.D., Vecchio K.S., Microstructure evolution in metal-intermetallic laminate (MIL) composites synthesized by re- active foil sintering in air, Metall. Mater. Trans. A 2001, 32A, 1493.
• [6] Tomus D., Tsuchiya K., Inuzuka M., Sasaki M., Imai D., Ohmori T., Umemoto M., Fabrication of shape memory TiNi foils via Ti/Ni ultrafine laminates, Scripta Mater. 2003, 48, 489.
• [7] Dziadoń A., Konieczny M., Structural transformations at the Cu-Ti interface during synthesis of copper-intermetallics layered composite, Kovove Materialy 2004, 42, 42.
• [8] Braszczyńska-Malik K.N., Chmielowiec P., Zachowanie się kompozytów MgZn6-SiCp w próbie ściskania, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 99-103.
• [9] Bochenek A., Braszczyńska K.N., Structural analysis of the MgAl5 matrix cast composites containing SiC particles, Materials Science and Engineering 2000, 290, 122.
• [10] Dobrzański L.A., Piec M., Bilewicz M., Materiały kompozytowe o osnowie stopu magnezu EN-MCMgAl9Zn1 wzmacniane cząstkami Al2O3, Inżynieria Materiałowa 2006, 6, 605-608.
• [11] Saravanan R.A., Surappa M.K., Fabrication and characterisation of pure magnesium-30 vol.%SiCp particle composite, Materials Science and Engineering 2000, 276, 108.
• [12] Mola R., Dziadoń A., Przemiany strukturalne na granicy Al-Mg podczas formowania kompozytu warstwowego metal-fazy międzymetaliczne, XXXIII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Ustroń 2005, 327-331.
• [13] Mola R., Dziadoń A., Formation of magnesium-eutectic mixture layered composite, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, Issue 4, 127-132.
• [14] Przybyłowicz K., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 2007.
• [15] Phase Equilibria, Crystallographic and Thermodynamic Data of Binary Alloys, Landolt-Börstein / New Series IV/5, Springer 1998.