Wpływ warstwy Ni pokrywającej włókna węglowe na strukturę kompozytów AlSi3Cu2-WWni odlewanych ciśnieniowo

• Autorzy: Zyska A. , Konopka Z. , Łągiewka M. , Nadolski M.

Warianty tytułu

EN

The influence of Ni layer covering carbon fibre on the structure of pressure die cast AlSi13Cu2/CFNi composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki ilościowych badań metalograficznych rozmieszczenia włókien węglowych w kompozytach na osnowie stopu AlSi13Cu2. Na zbrojenie kompozytów zastosowano włókna pokryte warstwą niklu (0,25 žm) HTA 5M81 firmy TENAX o średnicy 7,5 žm i długości 5 mm. Badaniom poddano odlewy kompozytowe o udziale objętościowym fazy zbrojącej 5, 10 i 15%. Kompozyty wytwarzano metodą mieszania mechanicznego, a następnie odlewano na maszynie ciśnieniowej zimnokomorowej, poziomej DMKh160. Oceny rozmieszczenia fazy umacniającej w osnowie siluminu dokonano w oparciu o wskaźnik niejednorodości struktury (v) wskaźnik ten kształtował się na poziomie 0,12 0,22, co dla materiałów heterofazowych stanowi niską wartość i oznacza stosunkowo równomierne rozmieszczenie w objętości osnowy. Ujawniono także tendencję, że jednorodność strukturalna wzrasta proporcjonalnie do udziału objętościowego włókien. Stwierdzono, że preparacja powierzchni włókien warstwą Ni polepsza ich zwilżanie i ułatwia proces mieszania, co w efekcie zapewnia otrzymanie kompozytu o strukturze izotropowej z wyraźnie odizolowaną i równomiernie rozmieszczoną fazą zbrojącą. W dalszej części wykonano badania mikrostrukturalne w obszarach międzyfazowych włókno-osnowa, które wykazały, że w warunkach wytwarzania kompozytów następuje całkowite rozpuszczenie warstwy Ni i pojawienie się faz typu Al3Ni (z domieszką Fe i Cu). Fazy te występują w postaci niezależnych wydzieleń zarówno w całej objętości osnowy, jak również lokalnie wokół włókien węglowych. Odsłonięte powierzchnie włókien nie podlegają jednak degradacji ze względu na krótki czas kontaktu z ciekłym stopem AlSi i niską temperaturę procesu.

EN

The results of quantitative metallographic examinations concerning the arrangement of carbon fibre in AlSi13Cu2 alloy matrix composites have been presented. The HTA 5M81 carbon fibre of diameter equal to 7.5 žm and 5 mm length, covered with nickel layer (0.25 žm), produced by TENAX Company, have been used as the reinforcement. Composite castings containing 5, 10, or 15% by volume of the reinforcing phase have been examined. Composites have been produced by mechanical mixing and subsequent pressure die casting in the DMKh160 horizontal cold chamber machine. The assessment of the reinforcing phase arrangement within the silumin matrix has been done according to the structure non-uniformity index (v). This index has been at the level of 0.12+0.22, what is a low value for the heterophase materials and indicates the relatively uniform distribution within the matrix volume. There has been also revealed a tendency of the structural uniformity to increase in proportion to the fibre volume fraction. It has been found that the fibre surface preparation with the Ni layer improves its wettability and facilitates the mixing process, what results in achieving a composite of isotropic structure with clearly separated and uniformly distributed reinforcing phase. Next the microstructural examination has been performed for the fibre/matrix interfacial regions, which has shown that under the conditions of composite production the Ni layer is completely dissolved and new phases of the Al3Ni type (containing Fe and Cu) arise. These phases occur both in the form of separated precipitates within the whole matrix volume and as locally centred around the carbon fibre. However, the exposed fibre surfaces do not undergo the degradation process due to the short time of contact with the molten AlSi alloy and the relatively low temperature of the process.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt metalowy; włókno węglowe (WW); pokrycia; odlewanie ciśnieniowe; mikrostruktura

EN

metal matrix composites (MMCs); carbon fibre (CF); coverings; pressure die casting; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 3
• Strony: 306--311
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Zyska A.

autor

Konopka Z.

autor

Łągiewka M.

autor

Nadolski M.

• Politechnika Częstochowska, Katedra Odlewnictwa, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa,

Bibliografia

• [1] Akbulut H., Durman M., Temperature dependent strength analysis of short fiber reinforced Al-Si metal matrix composites, Materials Science and Engineering 1999, A262, 214-226.
• [2] Liu Y.-F., Tanaka Y., Masuda C, In situ detection of fiber break and analysis of its effect on stress transfer during tensile tests of a metal matrix composite Composites Part A: Applied Science and Manufacturing (Incorporating Composites and Composites Manufacturing) 1999, 30, 1243-1249.
• [3] Akbulut H., Durman M., Yilmaz F., Dry wear and friction properties of 5-Al2O3 short fiber reinforced Al-Si (LM 13) alloy metal matrix composites, Wear 1998, 215, 170-179.
• [4] Landry K., Characteristic contact angles in the aluminium/Vitreous carbon system, Scripta Materialia 1996, 34, 841-846.
• [5] Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.I., The wettability of SiC particles by molten aluminium alloy, J. Mater. Proc. Technology 2001, 119, 324-328.
• [6] Wielage B., Dorner A., Corrosion studies on aluminium reinforced with uncoated and coated carbon fibres, Composites Sci. Techn. 1999, 59, 1239-1245.
• [7] Rams J., Urena A., Escalera M.D., Sanchez M., Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites, Composites A 2007, 38, 566-575.
• [8] Wan Y.Z., Wang Y.L., Luo H.L., Dong X.H., Cheng G.X., Effects of fiber volume fraction, hot pressing parameters and alloying elements on tensile strength of carbon fiber reinforced copper matrix composite prepared by continuous three-step electrodeposition, Materials Science and Engineering 2000, A288, 26
• [9] Zarański Z., Łosik I., Bojar Z., Badania właściwości włókien węglowych po modyfikacji ich powierzchni, Kompozyty (Composites) 2002, 5, 318.
• [10] Ziencik H., Gabrylewski M., Prace nad technologią otrzymywania kompozytów aluminium-włókna węglowe, Inżynieria Materiałowa 1985, 6, 136.
• [11] Legzdins C.F., Samarasekera I.V., Meech J.A., MMCX-An expert system for metal matrix composite selection and design, Can. Metall. 1997, 36, 177-202.
• [12] Huang Y.D., Hort N., Dieringa H., Microstructural investigations of interfaces in short fiber reinforced AlSil2CuMgNi composites, Acta Materialia 2005, 53, 3913-3923.
• [13] Huang Y.D., Hort N., Dieringa H., Kainer K.U., Analysis of instantaneous thermal expansion coefficient curve during thermal cycling in short fiber reinforced AlSil2CuMgNi composites, Composites Science and Technology 2005, 65, 137-147.
• [14] Campbell J., Review of Fluidity Concepts in Casting, Cast Metals 1994, 7, 227-237.
• [15] Doutre D., Foundry Experience in Casting Aluminium Metal Matrix Composites, Trans. Amer. Found. Soc. 1993, 10, 1070-1076.
• [16] Konopka Z., Zyska A., Cisowska M., Badanie wypełniania wnęki formy ciśnieniowej suspensją kompozytową, Archiwum Odlewnictwa 2004, 4, 14, 229-236