Materiały kompozytowe na osnowie stopu aluminium umacniane kształtkami Al2O3/Ti/C

• Autorzy: Naplocha K. , Granat K.

Warianty tytułu

EN

Composite materials based on aluminium alloy reinforced with Al2O3/Ti/C preform

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opierając się na wysokotemperaturowej syntezie SHS, wytwarzano porowate kształtki ceramiczne do umacniania kompozytów na osnowie stopu aluminium. Wytworzone z mieszaniny włókien tlenu aluminium Saffil, proszku Ti oraz grafitu płatkowego prostopadłościenne próbki umieszczano w komorze mikrofalowej. Magnetron zasilano stałą mocą 540 W, inicjując i podtrzymując reakcję w strumieniu przepływającego gazu CO2. Włókna nadawały kształtce początkową wytrzymałość, natomiast proszki utworzyły twarde związki zawierające Ti. Rejestrowano zmiany temperatury oraz prędkość propagacji syntezy. Kształt krzywych temperatur dla wszystkich próbek był podobny. Największą temperaturę syntezy 1860°C uzyskiwały próbki zawierające 10% Al2O3, 10% Ti i 5% grafitu. Synteza niektórych próbek przebiegała z powtórnym wzrostem temperatury świadczącym o podtrzymywaniu reakcji przez mikrofale. Przeprowadzone obserwacje mikroskopowe wykazały dostateczną jednorodność struktury, choć w niektórych przypadkach spotykano nieprzereagowane do końca cząstki proszku Ti. Analiza chemiczna EDS produktów reakcji potwierdziła występowanie tlenków oraz złożonych związków zawierających Al. i Ti. Niezależnie od zawartości grafitu związki te przyjmowały formę pofałdowanych pasm wokół litych bądź pustych obszarów. W zależności od dostępu do CO2 reakcja mogła być spowalniana, skutkując bardziej zwartymi wydzieleniami Ti. Wytworzone w wyniku syntezy spaleniowej związki tytanu po nasyceniu ciekłym metalem dobrze łączyły się z osnową. Można przypuszczać, że zachodziła reakcja redox i na powierzchni wydzieleń powstawały tlenki aluminium oraz związki międzymetaliczne z układu Al-Ti. Kształtki o jednorodnej strukturze nasycano stopem AlSi7Mg metodą prasowania w stanie ciekłym. Przeprowadzone badania wykazały korzystny wpływ umocnienia na rozszerzalność cieplną oraz twardość HB.

EN

On the base of high temperature synthesis SHS porous ceramic preforms for aluminum matrix composite reinforcing were produced. From mixture of Saffil alumina fibres, Ti powder and flaky graphite block samples were formed, dried and next placed in microwave chamber. Magnetron was supplied with constant power of 540 W to ignite and support reaction in flowing stream of CO2 gas. Fibres create initial skeleton build and preform strength, whereas Ti powder processed to hard titanium compounds. Temperature changes and velocity of synthesis front propagation were recorded. Temperature profiles were similar for all samples. The highest synthesis temperature of 1860°C was detected for samples containing 10% Al2O3, 10% Ti and 5% of graphite, all the percentages v/v. Synthesis of some samples proceeded with second temperature increase as a result microwave radiation support. Microscopic observation showed sufficient structure homogeneity, though in some cases unprocessed Ti particles occurred. Chemical analyze EDS of reaction products revealed presence of oxides and complex Al and Ti compounds. Independently of graphite content these compounds formed folded strips around solid or empty volume. Depends on CO2 availability, reaction could be slowed down resulting in more compacted Ti compounds. Created as a result of combustion synthesis Ti compound after infiltration with liquid metal properly bounded with the matrix. It could be assumed that redox reaction proceeded and on surface of Ti compound alumina and Al-Ti compounds were created. The preforms with homogeneous structure were infiltrated with AlSi7Mg by squeeze casting method. Performed tests showed that reinforcement improved hardness HB and reduced thermal expansion.

Słowa kluczowe

PL

SHS; kształtka; Al2O3-Ti; kompozyt

EN

SHS; preform; Al2O3-Ti; composite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 1
• Strony: 25--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Naplocha K.

autor

Granat K.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Jokisaari J.R., Bhaduri S., Bhaduri S.B., Microwave activated combustion synthesis of titanium aluminides, Materials Science & Engineering 2005, A394, 385-392.
• [2] Yaodong Liu, Wei Liu, Mechanical alloying and spark plasma sintering of the intermetallic compound Ti50Al50, Journal of Alloys and Compounds 2007, 440, 1-2, 154-157.
• [3] Dudek A., Nitkiewicz Z., Characteristics of microstructure in composite surface layers, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, 1, 75-78.
• [4] Rybakov K.I, Semenov V., Microwave heating of electrically conductive materials, Radiophysics and Quantum Electronics 2005, 48, 10-11, October, 888-895(8).
• [5] Mishra P., Sethi G., Upadhyaya A., Modeling of microwave heating of particulate metals, Metallurgical and Materials Transactions B 2006, 37, 5, October, 839-845.
• [6] Ignatenko M., Tanaka M., Effective permittivity and permeability of coated metal powders at microwave frequency, Physica B: Condensed Matter 2010, 405, 1, January, 352-358.
• [7] Buchelnikova V.D., Louzguine-Luzgin D.V., Anzulevicha A.P., Bychkova I.V., Yoshikawa N., Sato M., A Modeling of microwave heating of metallic powders, Physica B: Condensed Matter 2008, 403, 21-22, November, 4053-4058.
• [8] Naplocha K., Granat K., Reaction synthesis and microstructure of Al-Ti perform for composite reinforcing, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, 1, 227-232.
• [9] Mas-Guindal M.J., Benko E., Rodríguez M.A., Nanostructured metastable cermets of Ti-Al2O3 through activated SHS reaction, Journal of Alloys and Compounds 2008, 454, 1-2, April, 352-358.
• [10] Mas-Guindal M.J., Turrillas X.T., Hansen M.A. Rodríguez, Time-resolved neutron diffraction study of Ti-TiC-Al2O3 composites obtained by SHS, Journal of the European Ceramic Society 2008, 28, 15, November, 2975-2982.
• [11] Peng Yu, Zhi Mei, Tjong S.C., Structure, thermal and mechanical properties of in situ Al-based metal matrix composite reinforced with Al2O3 and TiC submicron particles, Materials Chemistry and Physics 2005, 93, 109-116.
• [12] Gheorghe I., Rac H.J., Reactive Infiltration of 25 vol Pct TiO2/Al composites, Metallurgical and Materials Transactions A 2002, 33, 7, July, 2155-2162(8).