Kompozyty nanokrystaliczne na osnowie stopu aluminium 6061 z dodatkami fazy ceramicznej [alfa]-Al2O3

• Autorzy: Dutkiewicz J. , Maziarz W. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Góral A. , Kukuła A. , Kanciruk A.

Warianty tytułu

EN

Nanocrystalline composites of aluminium 6061 alloy matrix with additions of ceramic phase [alpha]-Al2O3

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Proszek ze stopu aluminium 6061 zmieszany z 2% Zr i 10% lub 20% nanokrystalicznego proszku Al2O3 mielono w młynku kulowym w celu rozdrobnienia ziarna roztworu stałego [alfa]-Al i dokładnego wymieszania składników kompozytu. Po 40 godzinach mielenia uzyskano zmniejszenie wielkości krystalitów roztworu stałego do zakresu około 50 nm i równomierne wmieszanie cząstek proszku Al2O3. Nie obserwowano konglomeratów cząstek proszku Al2O3. Prasowanie na gorąco w próżni w temperaturze 380°C mielonego proszku nie powoduje znacznego wzrostu średniej wielkości krystalitów; obserwuje się średnią wielkość ziaren poniżej 100 nm i jedynie pojedyncze ziarna o wielkości do 200 nm. Wzrost ten jest zahamowany poprzez dodatek 2% Zr, tworzący drobne wydzielenia Zr2Al, i obecność cyrkonu w roztworze. Ponadto uzyskane kompozyty charakteryzuje niska porowatość (poniżej 1%). Wytworzone nanokompozyty uzyskują wysoką twardość dochodzącą do 310 HV dla dodatku 20% Al2O3 oraz wysoką wytrzymałość na ściskanie wynoszącą około 770 MPa dla dodatku 10 i 20% Al2O3. Krzywe ściskania wykazywały częste uskoki wielkości naprężenia w zakresie plastycznym w związku z wystąpieniem efektu Portevin-Le Chatelier. Ponadto próbki wykazywały dobre własności plastyczne, uzyskując odkształcenie plastyczne do 15%.

EN

Mechanical alloying of 6061 aluminium alloy powder mixed with 2% of Zr and 10 or 20% of nano powder [alpha]-Al2O3 was applied in a high energy ball mill in order to refine the grain size and to mix exactly the components. A final grain size of milled powder was estimated to be below 50 nm with a uniform distribution of Al2O3 powder particles. No agglomeration of Al2O3 powder particles was observed. Hot pressing at 380°C of milled powders do not causes significant grain growth and the average size of alpha-Al solid solution was estimated at 100 nm; only a few grains approaching 200 nm were observed. The grain growth was limited due to the addition of 2% of Zr forming Zr2Al phase and dissolving in al solid solution. Obtained composites have shown a low porosity of less than 1%. The nanocomposites containing 20% of Al2O3 have shown a high hardness of 310 HV and a high compression strength near 770 MPa. The tests proved a good plasticity of samples attaining 15% of plastic compression. Compression curves have shown jumps of stress in the plastic deformation range due to Portevin-Le Chatelier effect.

Słowa kluczowe

PL

nanokrystaliczne kompozyty aluminiowo-ceramiczne; synteza mechaniczna; prasowanie na gorąco w próżni; TEM

EN

aluminium matrix nanocrystalline composites; vacuum hot pressing; mechanical alloying; TEM

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 1
• Strony: 76--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Dutkiewicz J.

autor

Maziarz W.

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

autor

Góral A.

autor

Kukuła A.

autor

Kanciruk A.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Rosso M., Ceramic and metal matrix composites: Routes and properties, Journal of Materials Processing Technology 2006, 175, 364-375.
• [2] Suryanarayana C., Mechanical alloying and milling, Progress in Materials Science 2001, 46, 1-184.
• [3] Ma Z.Y., Tjong S.C., Li Y.L., The performance of aluminium-matrix composites with nanometric particulate SiN+/-C reinforcement, Composites Science and Technology 1999, 59, 263-270.
• [4] Wuhua Yuan, Jian Zhang, Chenchen Zhang, Zhenhua Chen, Processing of ultra-high strength SiCp/Al-Zn-Mg-Cu composites, Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 3251-3255.
• [5] O’Donnell G., Looney L., Production of aluminium matrix composite components using conventional PM technology, Materials Science and Engineering 2001, A303, 292-301.
• [6] Ramua G., Ranjit Bauri, Effect of equal channel angular pressing (ECAP) on microstructure and properties of Al-SiCp composites, Materials and Design 2009, 30, 3554-3559.
• [7] Ramesha C.S., Mir Safiulla, Wear behavior of hot extruded Al6061 based composites, Wear 2007, 263 629-635.
• [8] Dobrzański L.A., Włodarczyk A., Adamiak M., The structure and properties of PM composite materials based on EN AW-2124 aluminum alloy reinforced with the BN or Al2O3 ceramic particles, Journal of Materials Processing Technology 2006, 175, 186-191.
• [9] Kık M., Abrasive wear of Al2O3 particle reinforced 2024 aluminium alloy composites fabricated by vortex method, Composites: Part A 2006, 37, 457-464.
• [10] Al-Qutub A.M., Allam I.M., Qureshi T.W., Effect of submicron Al2O3 concentration on dry wear properties of 6061 aluminum based composite, Journal of Materials Processing Technology 2006, 172, 327-331.
• [11] Razavi Hesabi Z., Hafizpoura H.R., Simchi A., An investigation on the compressibility of aluminum/nano-alumina composite powder prepared by blending and mechanical milling, Materials Science and Engineering A 2007, 454-455, 89-98.
• [12] Mehdi Rahimiana, Nader Parvinb, Naser Ehsania, Investigation of particle size and amount of alumina on microstructure and mechanical properties of Al matrix composite made by powder metallurgy, Materials Science and Engineering A 2010, 527, 1031-1038.
• [13] Kyung Ho Min, Shin Pil Kang, Dae-Gun Kim, Young Do Kim, Sintering characteristic of Al2O3-reinforced 2xxx series Al composite powders, Journal of Alloys and Compounds 2005, 400, 150-153.
• [14] Qiang Zhang, Gaohui Wu, Longtao Jiang, Tensile deformation behavior of a sub-micrometer Al2O3/6061Al composite, Materials Science and Engineering A 2008, 483-484, 281-284.
• [15] Arne M. Klaska, Tilmann Beck, Alexander Wannera, Detlef Löhea, Residual stress and damage development in the aluminium alloy EN AW-6061 particle reinforced with Al2O3 under thermal fatigue loading, Materials Science and Engineering A 2009, 501, 6-15.
• [16] Gariboldi E., Lo Conte A., Composites science and damage mechanisms at room and high temperature in notched specimens of Al6061/Al2O3 particulate composites, Technology 2008, 68, 260-267.
• [17] Chen L.J., Ma C.Y., Stoica G.M., Liaw P.K., Xu C., Langdon T.G., Mechanical behavior of a 6061 Al alloy and an Al2O3/6061 Al composite after equal-channel angular processing, Materials Science and Engineering A 2005, 410-411, 472-475.
• [18] Dutkiewicz J., Lityńska-Dobrzyńska L., Maziarz W., Haberko K., Pyda W., Kanciruk A., Structure and properties of nanocomposites prepared from ball milled 6061 aluminium alloy with ZrO2 nanoparticles, Crys. Res. Technol. 2009, 10, 1163-1169.
• [19] Goujon C., Goeuriot P., Solid state sintering and high temperature compression properties of Al-alloy5000/AlN nanocomposites, Materials Science and Engineering A 2001, 315, 180-188.
• [20] Pawełek A., Kuśnierz J., Jasieński Z., Ranachowski Z., Bogucka J., Acoustic emission and Portevin Le Chatelier effect in tensile tested Al alloys before and after ARB processing, Arch. Metallurgy 2009, 54, 83.