Kompozyty o osnowie aluminium zbrojone dyspersyjnymi fazami azotkowymi

• Autorzy: Dyzia M. , Śleziona J.

Warianty tytułu

EN

Aluminium matrix composites reinforced with fine aluminium nitride particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Azotek aluminium (AlN) jest coraz częściej stosowany jako faza zbrojąca w kompozytach o osnowie będącej stopem aluminium. Uzyskanie efektu zbrojenia dyspersyjnego możliwe jest poprzez wykorzystanie mechanizmów reakcji in situ pomiędzy aluminium a reagentami zawierającymi azot. Duże znaczenie ma również dobra zwilżalność oraz brak reakcji z ciekłym aluminium powstających faz azotkowych, które są bardziej stabilne niż proszek AlN wprowadzany do osnowy metodami ex situ. W technologiach z ciekłą osnową metalową realizuje się najczęściej procesy w układzie ciecz-gaz lub ciecz-ciało stałe. Reakcja aluminium z azotem jest egzotermiczną i termodynamicznie prawdopodobną w szerokim zakresie temperatury. W temperaturze 700°C entalpia tworzenia (H) azotku aluminium wynosi - 658,99 kJ ź mol-1, a energia swobodna Gibbsa ([delta]G) - 215 kJ ź mol-1. Na proces azotowania mają wpływ takie czynniki, jak: rozpuszczalność azotu w ciekłym aluminium i jego stopach, efekt pasywacji, reakcyjność gazów lub mieszanin gazów używanych do procesu (N2, NH3), dodatki stopowe, atmosfera reakcji, temperatura i ciśnienie procesu. Odpowiedni dobór warunków reakcji in situ umożliwia uzyskanie odpowiedniego składu fazowego i morfologii zbrojenia. Praca dotyczy możliwości wykorzystania bezpośredniej reakcji pomiędzy ciekłym aluminium a azotem w warunkach podwyższonego ciśnienia tego gazu. Proces azotowania stopu aluminium z dodatkiem 3% magnezu realizowano w komorze reakcyjnej umożliwiającej uzyskanie podwyższonego ciśnienia azotu (300 kPa). W wyniku wygrzewania stopu osnowy przez jedną godzinę w temperaturze 1000°C uzyskano produkty reakcji tylko na powierzchni próbki, natomiast pięciogodzinny proces zakończył się całkowitym przereagowaniem komponentów i wytworzeniem azotków aluminium, co potwierdziły badania rentgenograficzne i analiza EDS.

EN

Aluminium nitride is expected to be favourable reinforcement phase for aluminium matrix compostes. Reinforcement effects could be obtained when particles formed by in situ process were sized less then 1 žm and disposed uniformly in the matrix. More important is good wettability obtained AlN phases, lack of reaction with liquide aluminium and better chemical stability then AlN powder introduced to matrix by ex situ methods. During the liquid-phase process liquid-gas and liquid-solid reactions between aluminium and reacting substance containing nitride were realized. According to thermodynamically point of view, aluminium nitriding is an exothermic process and is quite energetically favourable throughout a wide range of temperatures. At 700° C, the process enthalpy for reaction amounts to - 658.99 kJ ź mol-1, while free enthalpy amounts to 215 kJ ź mol-1. The nitriding process is influenced by factors such as nitrogen's solubility in liquid aluminium and its alloys, passivation effect, reactivity of gases or gas mixtures used for the process (N2, NH3), alloying additions, reaction atmosphere, process temperature and pressure. Proper control of synthesis process leads to the formation expected reinforcement phases and they morphology. Presented results of researches concerning possibilities of obtaining ultrafine aluminium nitride particles via in situ reaction between liquid aluminium alloys (with 3% addition of Mg) and nitrogen gas in higher pressure (300 kPa). During 1 hour nitridation process at 1000°C the layer of reaction products was obtained, while the reaction was take 5 hours components react completely. Presence of Al-N system phases were confirmed by XRD and EDS analisys.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty in situ; zbrojenie dyspersyjne; azotek aluminium

EN

in situ composites; fine reinforcement phase; aluminium nitride

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 3
• Strony: 269--273
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., zdj.

Twórcy

autor

Dyzia M.

autor

Śleziona J.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Tjong S.C., Mai Z.Y., Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites, Mater. Sci. Eng. 2000, 29,49-113.
• [2] Fraś E., Janas A., Kolbus A., Górny M., Synteza kompozytów in situ Al-TiC oraz Cu-TiC z wykorzystaniem gazu reaktywnego, Inż. Mater. 2000, 2, 48-55.
• [3] Prekumar M.K., Chu M.G., Al-TiC particulate composite produced by a liquid state in situ process, Mater. Sci. Eng. 1995, A202, 172-178.
• [4] Lee J.G., Ma H.A., Lee X.L., Zheng Y.J., Zuo G.H., Jia X., Preparation and characterization of A1/A1N composites sintered under high pressure, J. Mater. Sci. 2007, 42, 9460-9464.
• [5] Vicens J., Chedru M., Chermant J.L. New A1-A1N composites fabricated by squeeze casting: interfacial phenomena, Composites: Part A 2002, 33, 1421-1423.
• [6] Kameshima Y., Irie M., Yasumori A., Okada K., Mechano-chemical effect on low temperature synthesis of A1N by direct nitridation metod, Soi. State Ion. 2004, 172, 185-190.
• [7] Cintas I, Cuevas F.G., Montes J.M., Herrera E.J., High-strength PM aluminium by milling inammonia gas and sintering, Ser. Mater. 2005, 53, 1165-1170.
• [8] Huashun Y., Kim J.D., Kang S.B., The formation of A1N and TiN particles during nitrogen bearing gas injection into Al-Mg-Ti melt, Mater. Sci. Eng. 2004, A386, 318-325.
• [9] Hou Q., Muthharasan R., Koczak M., Feasibility of aluminium nitride formation in aluminium alloys, Mater. Sci. Eng. 1995, 195, 121-129.
• [10] Scholz H., Greil P., Nitridation reactions of molten Al-(Mg, Si) alloys, J. Mater. Sci. 1991, 26, 669-677.
• [11] Sercombe T.B., Schaffer G.B., On the role of magnesium and nitrogen in the infiltration of aluminium by aluminium for rapid prototyping applications, Acta Mater. 2004, (52)