Rola nanowarstwy SiO2 w kształtowaniu mikrostruktury połączenia zbrojenie węglowe-stop AZ91E

• Autorzy: Olszówka-Myalska A. , Botor-Probierz A.

Warianty tytułu

EN

The role of SiO2 nanolayer in formation of the carbon reinforcement-AZ91E magnesium alloy interface microstructure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury dwóch typów kompozytów z osnową ze stopu magnezu AZ91E, zbrojonych włóknami węglowymi oraz cząstkami węgla szklistego. Powierzchnia zarówno włókien, jak i cząstek, została poddana modyfikacji polegającej na nałożeniu metodą zol-żel nanowarstwy SiO2 o grubości 100 nm. Warstwa ta charakteryzuje się strukturą amorficzną i równomiernie pokrywa zarówno powierzchnie włókien, jak i nieregularnych cząstek węgla szklistego. Próbki kompozytowe wytworzono w atmosferze próżni 2,5 Pa z użyciem prasy Degussa. W przypadku włókien węglowych była to infiltracja w temperaturze 670°C, połączona z prasowaniem, a w przypadku cząstek węgla szklistego prasowanie ich mieszaniny z proszkiem stopu AZ91E w temperaturze 650°C. Do opisu mikrostruktury zastosowano metody skaningowej mikroskopii elektronowej SEM z EDS oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej TEM (BF, HAADF, EDS, SADP). Wykazano, że przy zastosowanych parametrach konsolidacji otrzymuje się kompozyt o równomiernym rozmieszczeniu zbrojenia. Szczególną uwagę skupiono na charakterystyce połączenia zbrojenie węglowe/nanopowłoka SiO2/stop magnezu. Na granicy rozdziału obserwowano warstwę tlenkową, która nie była tlenkiem SiO2, ale oprócz tlenu zawierała głównie Al i Mg oraz śladowe ilości Si i Zn. Ponadto wokół włókien zidentyfikowano zdyspergowane wydzielenia fazy Al12Mg17 wzbogacone w Zn. Na podstawie przeprowadzonego eksperymentu wykazano, że podczas konsolidacji komponentów z udziałem fazy ciekłej nanopowłoka SiO2 ulega transformacji, co można przedstawić w postaci modelu strukturalnego. Oznacza to, że dla układu węgiel-stop AZ91E nanopowłoka pełni rolę bariery aktywnej.

EN

Results of microstructure investigations of two types of AZ91E magnesium alloy matrix composites reinforced with carbon fibers and glassy carbon particles were presented. The SiO2 nanocoating with thickness of 100 nm deposited by the sol-gel method was used for the surface modification of both fibers and particles. The having an amorphous structure uniformly covers surface of both carbon fibers and glassy carbon particles of irregular shape. Composite samples were obtained in vacuum of 2.5 Pa in Degussa press. The infiltration process at the temperature of 670°C associated with pressing was used in case of carbon fibers consolidation as well as in case of pressing of glassy carbon particles-AZ91E powder mixture at the temperature of 650°C. Composite microstructure was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) combined with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and transmission electron microscopy (TEM - BF, HAADF, EDS, SADP). Parameters of consolidation processes used in the experiment ensured the uniform reinforcement distribution. During microstructure investigations the main attention was focused at the carbon reinforcement/SiO2 nanocoating/magnesium alloy interface. The oxide layer was detected in the interface but it was not the SiO2. The oxide layer contained mainly Al and Mg and traces of Si and Zn. The dispersed precipitations of the Al12Mg17 phase dopped with Zn were identified around the carbon fibers. Results of experiment showed that during consolidation process with liquid phase the structure of SiO2 nanocoating was subject to transformation according to the presented model. It means that the SiO2 coating plays the role of the active diffusion barrier for the carbon-AZ91E alloy system.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; włókno węglowe; cząstki węgla szklistego; stop magnezu AZ91E; nanopowłoka SiO2; powierzchnia rozdziału

EN

composite; carbon fiber; glassy carbon particles; AZ91E magnesium alloy; SiO2 nanocoating; interface

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 4
• Strony: 348--355
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Olszówka-Myalska A.

autor

Botor-Probierz A.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Viala J.C., Fortier P., Claveyrolas G., Vincent H., Bouix J., Effect of magnesium on the composition, microstructure and mechanical properties of carbon fibres, Journal of Materials Science 1991, 26, 4977-4984.
• [2] Zhi Ye H., Yang Liu X., Review of recent studies in magnesium matrix composites, Journal of Materials Science 2004, 39, 6153-6171.
• [3] Hufenbach W., Andrich M., Langkamp A., Czulak A., Fabrication technology and material characterization of carbon fibre reinforced magnesium, Journal of Materials Processing Technology 2006, 176, 218-224.
• [4] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Microstructure of magnesium matrix composite reinforced with glassy-carbon particles, 8th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications, Magnesium Ed. K.U. Keiner, Wiley-VCH 2009, 710-715.
• [5] Feldhoff A., Pippel E., Woltersdorf J., Interface reactions and fracture behaviour of fibre-reinforced Mg/Al alloys, Journal of Microscopy 1997, 185, 122-131.
• [6] Bouix J., Berthet M.P., Bosselet F., Favre R., Peronnet M., Rapaud O., Viala J.C., Vincent C., Vincent H., Physicochemistry of interfaces in inorganic-matrix composites, Composite Science and Technology 2001, 61, 355-362.
• [7] Dorner-Reisel A., Nishida Y., Klemm V., Nestler K., Marx G., Muller E., Investigation of interfacial reaction between uncoated and coated carbon fibers and the magnesium alloy AZ91, Anal. Bioanal. Chem. 2002, 374, 635-638.
• [8] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Przeliorz R., Botor-Probierz A., Characteristic of bonding of magnesium and AZ91 alloy with carbon components, InŜynieria Materiałowa 2008, 163, 138-144.
• [9] Olszówka-Myalska A., Przeliorz R., Botor-Probierz A., Sikora M., Infiltracja próżniowa włókien węglowych magnezem oraz stopem AZ91, Kompozyty (Composites) 2008, 8, 2, 201-205.
• [10] Braszczyński, J., Zyska A., Analysis of the influence of ceramic particles on the solidification process of metal matrix composites Materials Science and Engineering 2000, 278/A, 195-203.
• [11] Ureña A., Escalera M.D., Gil L., Oxidation barriers on SiC particles for use in aluminium matrix composites manufactured by casting route: Mechanisms of interfacial protection, Journal of Materials Science 2002, 21, 4633-4643.
• [12] Rajan T.P.D., Pillai R.M., Pai B.C., Review reinforcement coatings and interfaces in aluminium metal matrix composites, Journal of Materials Science 1998, 33, 3491-3503.
• [13] Pei Z.L., Li K., Gong ĆJ., Shi N.L., Elangovan E., Sun C., Micro-structural and tensile strength analyses on the magnesium matrix composites reinforced with coated carbon fiber, Journal of Materials Science 2009, 44, 4124-4131.
• [14] Myalski J., Śleziona J., Patent PL 169845, 1993.
• [15] Krzak-Roś J., Filipiak J., Pezowicz C., Błaszczuk A., Miller M., Kowalski M., Będziński R., The effect of substrate roughness on the surfach structure of TiO2, SiO2 and doped thin films prepared by the sol-gel method, Acta of Bioengineering and Biomechanics 2009, 33, 21-29.
• [16] Olszówka-Myalska A., Botor-Probierz A., Krzak-Roś J., Łukowiak A., Rzychoń T., Zastosowanie procesu zol-żel do pokrywania powierzchni włókien węglowych warstwą SiO2, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 4, 332-336.
• [17] Olszówka-Myalska A., Botor-Probierz A., Studies of the AZ91 magnesium alloy/SiO2 coated carbon fiber composite microstructure, Institute of Physics IOP, Materials Science and Engineering 2010, 7, 012022.
• [18] Olszówka-Myalska A., Myalski J., Botor-Probierz A., The influence of SiO2 nanolayer on glassy carbon particlemagnesium alloy interface microstructure, Advanced Materials Engineering, Wiley-VCH 2010, 7, 609-616.
• [19] Braszczyńska-Malik K.N., Spherical shape of γ-Mg17Al12 precipitates in AZ91 magnesium alloy processed by equalchannel angular pressing, Journal of Alloys and Compounds 2009, 487, 263-268.
• [20] Wu F., Zhu J., Morphology of second-phase precipitates in carbon-fiber and graphite-fiber-reinforced magnesium-based metal-matrix composites, Composites Science and Technology 1997, 57, 661-667.