Study of manufacture of CF/Al-MMC with aid of the gas pressure infiltration method

• Autorzy: Hufenbach W. , Gude M. , Czulak A. , Engelmann F.

Warianty tytułu

PL

Próby wytwarzania CF/Al-MMC za pomocą metody infiltracji gazowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Constantly rising demands on extremely stressed lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of endless fibre-reinforced composite materials which, due to their selectively adaptable characteristics profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials. Especially composites with textile reinforcement offer the highest flexibility for the adaptation of the reinforcing structure with regard to complex loading conditions. The load-adapted combination of three-dimensional reinforced semi-finished fibre products (textile preforms) made from carbon fibres (CF) with aluminium light metal alloys (Al) offers a considerable lightweight construction potential, which up to now has not been exploited. The textile CF reinforcements embedded in the light metal matrix offers improved properties of these metal matrix composites (MMC), thus causing better creep resistance, especially at high operating temperatures, and good energy absorption behaviour, as well as increased stiffness and strength. In addition, loadadapted CF/Al-MMC, due to the relatively high stiffness and strength of the metal matrix, allow the introduction of extremely high forces, thereby enabling a much better exploitation of the existing lightweight construction potential of this material in comparison to other composite materials. These studies show that the gas pressure infiltration technique was successfully used to prepare composites consisting of unidirectional as well as bidirectional Ni-coated carbon fibres in different Al-alloy matrix systems and using of graphite moulds. Most of these investigations aim at the use of high tensile strength (HTS) fibres despite high reactivity with Al.

PL

Stale rosnące wymagania w stosunku do ekstremalnie obciążonych konstrukcji lekkich, szczególnie w zakresie inżynierii ruchu drogowego, a także w budowie maszyn i urządzeń, w coraz większym stopniu wymagają stosowania materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknami ciągłymi, które z powodu ich dopasowanych właściwości posiadają wyraźnie większe możliwości od tradycyjnych monolitycznych materiałów. Zwłaszcza kompozyty włókniste oferują największe możliwości dostosowania struktury wzmocnienia do złożonych warunków obciążenia. Odpowiednio dopasowane połączenie trójwymiarowo wzmocnionych półfabrykatów w postaci preform wykonanych z włókien węglowych (CF) z metalami lekkich stopów aluminium (Al) oferuje ogromny potencjał konstrukcji lekkich, który do tej pory nie został wykorzystany. Wzmocnienie węglowe w osnowie metali lekkich oferuje lepsze właściwości otrzymanych materiałów kompozytowych (MMC) z lepszą odpornością na pełzanie, szczególnie w wysokich temperaturach pracy, dobrą absorpcją energii, a także poprawę sztywności i wytrzymałości. Ponadto odpowiednio dostosowany do obciążenia CF/Al-MMC, ze względu na stosunkowo dużą sztywność i wytrzymałość osnowy metalowej, umożliwia przeniesienie dużych obciążeń, co pozwala na jeszcze lepsze wykorzystanie istniejącego potencjału tego materiału w porównaniu do innych materiałów kompozytowych. Przedstawione badania pokazują, że metoda infiltracji gazowej (GPI) została z powodzeniem wykorzystywana do wytwarzania kompozytów metalowych wzmocnionych jedno- i dwukierunkowo włóknami z powłoką Ni z różnymi stopami Al. z wykorzystaniem form grafitowych. W większości z tych badań użyto włókien o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (HTS) pomimo dużej reaktywności z Al.

Słowa kluczowe

EN

composite; carbon fibre; aluminium; infiltration

PL

kompozyt; aluminium; włókno węglowe; wzmocnienie; infiltracja gazowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 3
• Strony: 213--217
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

autor

Gude M.

autor

Czulak A.

autor

Engelmann F.

• Technische Universitat Dresden, Institut fur Leichtbau und Kunstsofftechnik (ILK), 01062 Dresden,

Bibliografia

• [1] Bhav Singh B., Balasubramanian M., Processing and properties of copper-coated carbon fibre reinforced aluminium alloy composites, Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 2104-2110.
• [2] Chen H., Alpas, A.T., Wear of aluminium matrix composites reinforced with nickel coated carbon fibres, Wear 1996, 192, 186-198.
• [3] Sobczak N., Kudyba A., Siewiorek A., Effect of oxidation and testing condition on wetting behaviour and interfaces in Al/Ni systems, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 49-50.
• [4] 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.
• [5] Vijayaram T.R., Sulaiman S., Hamouda A.M.S., Ahmad M.H.M., Fabrication of fiber reinforced metal matrix composites by squeeze casting technology, Journal of Materials Processing Technology 2006, 178, 34-38.
• [6] Sobczak J., Sobczak N., Asthana R., Wojciechowski A., Pietrzak K., Rudnik D., Atlas of cast metal-matrix composites structures, Published by Motor Transport Institute, Warsaw, and Foundry Research Institute, Cracow, 2007.
• [7] Sevik H., Can Kurnaz S., Properties of alumina particulate reinforced aluminium alloy produced by pressure die casting, Materials and Design 2006, 27, 676-683.
• [8] Ballmes H., Rottmair C.A., Singer R.F., Carbon long fibre reinforced Al-matrix composites by high pressure die casting, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 58-59.
• [9] Demir A., Altinkok N., Effect of gas pressure infiltration on microstructure and bending strength of porous Al2O3/SiCreinforced aluminium matrix composites, Composites Science and Technology 2004, 64, 2067-2074.
• [10] Daoud A., Abou El-khair M.T., Wear and friction behaviour of sand cast brake rotor made of A359-20 vol. % SiC particle composites sliding against automobile friction material, Tribology International 2010,43, 544-553.
• [11] Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Boczkowska A., Textile-reinforced carbon fibre aluminium composites manufactured with gas pressure infiltration methods, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 56-57.
• [12] Kozera R., Dolata-Grosz A., Sleziona J., Dyzia M. Bielinski J., Broda A., Boczkowska A., Kurzydlowski K.J., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Hufenbach W., Investigations of the interfaces between carbon fibres and an aluminium alloy matrix in composites fabricated by the pressure infiltration process, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 60-61.
• [13] Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Infiltration test of carbon fibres textile by modified AlSi9Cu(Fe) alloy, Composites 2009, 9, 3, 210-213.
• [14] Sobczak N., Kudyba A., Siewiorek A., Sleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Bielinski J., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydlowski K.J., Ballmes H., Rottmair C.A., Singer R.F., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Hufenbach W., Factors affecting wettability and infiltration of 3D reinforcement with liquid Al-based matrix. International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 62-63.
• [15] Naveen Kumar G., Narayanasamy R., Natarajan S., Kumaresh Babu S.P., Sivaprasad K., Sivasankaran S., Dry sliding wear behaviour of AA 6351-ZrB2 in situ composite at room temperature, Materials & Design 2010, 31, 1526-1532.
• [16] Ramesh C.S., Keshavamurthy R., Channabasappa B.H., Pramod S., Friction and wear behavior of Ni-P coated Si3N4 reinforced Al6061 composites, Tribology International 2010, 43, 623-634.
• [17] Bayhan M., Onel K., Optimization of reinforcement content and sliding distance for AlSi7Mg/SiCp composites using response surface methodology, Materials & Design (in press), available online 7 January 2010.
• [18] Wang Y.Q., Afsar A.M., Jang J.H., Han K.S., Song J.I., Room temperature dry and lubricant wear behaviors of Al2O3f/SiCp/Al hybrid metal matrix composites, Wear (in press), available online 7 December 2009.
• [19] Tang F., Wu X., Ge S., Ye J., Zhu H., Hagiwara M., Schoenung J.M., Dry sliding friction and wear properties of B4C particulate-reinforced Al-5083 matrix composites, Wear 2008, 264, 555-561.
• [20] Hemanth J., Quartz (SiO2p) reinforced chilled metal matrix composite (CMMC) for automotive applications, Materials& Design 2009, 30, 323-329.
• [21] Arslan G., Kalemtas A., Processing of silicon carbide-boron carbide-aluminium composites, Journal of the European Ceramic Society 2009, 29, 473-480.
• [22] Scudino S., Liu G., Sakaliyska M., Surreddi K.B., Eckert J., Powder metallurgy of Al-based metal matrix composites reinforced with β-Al3Mg2 intermetallic particles, Analysis and modelling of mechanical properties, Acta Materialia 2009, 57, 4529-4538.
• [23] Toptan F., Kilicarslan A., Karaaslan A., Cigdem M., Kerti I., Processing and microstructural characterisation of AA 1070 and AA 6063 matrix B4Cp reinforced composites, Materials & Design (in press), available online 3 December 2009.
• [24] Topcu I., Gulsoy H.O., Kadioglu N., Gulluoglu A.N., Processing and mechanical properties of B4C reinforced Al matrix composites, Journal of Alloys and Compounds 2009, 482, 516-521.
• [25] Feng H.K., Yu S.R., Li Y.L., Gong L.Y., Microstructure and properties of Sip/Al-Si surface composites prepared by ultrasonic method, Materials & Design 2009, 2420-2424.