Wpływ temperatury i dodatków stopowych na zwilżalność oraz reaktywność w układzie Al/SiO2

• Autorzy: Sobczak N. , Książek M. , Radziwiłł W. , Warmuzek M. , Nowak R. , Kudyba A

Warianty tytułu

EN

Effect of temperature and alloying additions on wettability and reactivity in Al/SiO2 system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania kinetyki zwilżania podłoża SiO2 (szkło kwarcowe) przez ciekłe aluminium i jego podwójne stopy, zawierające 11% Si, 6% Ti oraz 32% Cu (% wag.). Badania wykonano metodą kropli leżącej w próżni, w temperaturze 1073, 1173 i 1273 K. Strukturę i skład fazowy otrzymanych próbek Al/SiO2 oraz Al-X/SiO2 (X - dodatek stopowy) badano metodami mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Stwierdzono, że zwilżalność w układzie Al/SiO2 ma charakter reaktywny i jest związana z reakcją chemiczną 4Al + 3SiO2 = 2Al2O3 + 3Si. Wprowadzone do aluminium dodatki stopowe Si i Cu nie zmieniają charakteru oddziaływania w układzie Al/SiO2, a jedynie nieznacznie pogarszają zwilżalność. W przypadku stopu AlTi6, powstały na skutek wyżej wymienionej reakcji krzem reaguje z tytanem i tworzy fazę TiSi2, zgodnie z reakcją Ti + 2Si = TiSi2.

EN

A sessile drop method was applied to study the wettability kinetics of molten pure aluminum and its binary alloys containing 11% Si, 6% Ti and 32 % Cu (% wag.) on SiO2 (quartz) substrates in vacuum at 1073, 1173 and 1273 K. Structure and phase composition of sessile drop samples of Al/SiO2 and Al-alloy/SiO2 systems were characterized by optical and scanning electron microscopy. The results have confirmed that the wettability phenomenon in Al/SiO2 has a reactive nature due to the reaction 4Al + 3SiO2 = 2Al2O3 + 3Si. Alloying Al with Si or Cu does not change the character of interaction. However, compared to pure Al, it reduces reactivity and results in worse wetting properties. For AlTi6 alloy, Si, freshly formed due to the mentioned reaction, reacts with Ti from the alloy and produces a new phase TiSi2 according to the reaction Ti + 2Si = TiSi2.

Słowa kluczowe

PL

zwilżalność; reaktywność; Al/SiO2; Al-Al2O3

EN

wettability; reactivity; Al/SiO2; Al/Al2O3

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Odlewnictwo - Nauka i Praktyka
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 5, nr 3
• Strony: 3--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Książek M.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Radziwiłł W.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Warmuzek M.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Nowak R.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Kudyba A

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

Bibliografia

• 1. Hanabe M.R., Aswath PB.: AJ20iAJ particle-reinforced aluminum matrix composite by displacement reaction, Jounrnal of Materials Research, 1996, 11 [6]1562-1569.
• 2. Breslin M.C., Ringnala J., Seeger J., Marasco AL., Daehn G.S., Fraser H.L.: AJumina/aluminum Co-continuous ceramie composite (0) materials produced by solid/liquid displacement reactions: processing kinetics and microstructures, Ceramie Engineering and Science Proceedings (Wectiervill, OH, American Ceramie Society), 1994, Vol. 15, No 4, pp. 104-112.
• 3. Liu w., Koster U.: Criteria for formation of interpenetrating oxide/metal-composites by immersing sacrificial oxide preforms in molten metals, Scripta Materialia, 1996,35 [1] 35-40.
• 4. Saiz E., Tomsia AP: Kinetics of Metal-Ceramic Composite formation by reactive penetration of silicates with mol ten aluminum, Journal of American Ceramic Society, 1998,81 [9]2381-2395.
• 5. Saiz E., Foppiano S., Moberly-Chan W, Tomsia AP: Synthesis and processing of ceramic-metal composites by reactive metal penetration, Composites, 1999, A30, 399-403.
• 6. Standage AE., Gani M.S.: Reaction between vitreous silica and molten aluminum, Journal of American Ceramic Society, 1967,50 [2]101-105.
• 7. Marumo c., Pask J.A: Reaction and wetting behaviour in the alurninium-fused silica system, Journal of Materials Science, 1997, 12, 223-233.
• 8. Yoshikawa N., Kikuchi A, Taniguchi S.: Anomalous ternperature dependence of the growth rate ot the reaction layer between silica and molten aminum, Journal of American Ceramic Society, 2002, 85 [7]1827-1834.
• 9. Laurent v., Chatain D., Eustathopolos N.: Wettability of SiOz and oxidized SiC by aluminium, Materials Science and Engineering, 1991, ABS, 89-94.
• 10. Zhou X.B., De Hosson Th.M.: Reactive wetting of liquid metais on cerarnic substrates, Acta materalia, 1996, 44 [2]421-426.
• 11. Sobczak N., Rohatgi P, Książek M., Radziwiłł W: Badania oddzialywania stopu AJTi10 z materiałem grafitowym w zakresie temperatur 850°C -1150°C. Materiały II Konferencji "Zjawiska Powierzchniowe w Procesach Odlewniczych", Poznań - Kołobrzeg, 13-14 październik 1994, s. 115-130.
• 12. Sobczak N., Książek M, Radziwiłł W, Stobierski L., Mikulowski B.: Wetting-bond strength relationship in AJAJN system, Transactions of Joining and Welding Research Institute, 2001, Special Issue 30, pp. 125-130.
• 13. Sobczak N., Takahashi H., Shibayama T: HRTEM studies of the effect of titanium on interaction in Al-Si3N4 system, Proc. 3rd Japanese-Polish Joint Seminar on Materials AnaIysis, 16-19 July 2000, Zakopane, Poland, pp. 41-44.
• 14. Sobczak N., Stobierski L., Książek M., Radziwiłł W, Morgiel J., Mikulowski B.: Factors affecting wettability, structure and chemistry of reaction products in AJ/Si3N4 system, Transactions of Joining and Welding Research Institute, 2001, Special Issue 30, pp. 39-48.
• 15. Sobczak N., Górny Z., Książek M., Radziwiłł W, Rohatgi P: Interaction between porous graphite substrate and liquid or semi-Iiquid aluminium alloys containing titanium, Materials Science Forum, 1996, vol. 217-222, Part 1, pp. 153-158.
• 16. Sobczak N.: Effect of alloying elements on wettability and interfaces in aluminum-carbon system, Proc. EMRS Conf. Light AJloys and Composites, 13-16 May, 1999, Zakopane, Poland, pp. 341-350.
• 17. Sobczak N., Książek M, Radziwiłł W, Morgiel J., Stobierski L.: Effect of titanium on wettability and interfaces in the Al/SiC system, Reviewed Proc. Int. Conf "High Temperature Capillarity", 29 June-2 July, 1997, Cracow, Poland, edited by N. Eustathopoulos and N. Sobczak, published by Foundry Research Institute, Poland, 1998, pp. 138-144.
• 18. Sobczak N., Książek M., Formanek B.: Fizyko-chemiczne podstawy wytwarzania kompozytów odlewanych in situ typu AJ-AIP3' Projekt badawczy Nr 7 T08B 003 20 finansowany przez KBN (2001-2003).