Microstructure and properties of 7475 aluminium alloy matrix nano-composites with 10-20% Al2O3 or AIN additions

• Autorzy: Gajewska M. , Dutkiewicz J. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Morgiel J.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i właściwości nanokompozytów o osnowie ze stopu aluminium 7475 z dodatkiem 10-20% Al2O3 lub AIN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The microstructure and properties of two types of 7475 aluminium alloy matrix composites - with additions of 10÷20 wt.% of nano-Al2O3 or AlN (<40 žm) were investigated. The composites were produced through powder-metallurgy processing. Pre-alloyed 7475 aluminium powders were mixed with ceramic particles and milled in a high energy planetary Fritsch ball mill for up to 40 hours. Next, they were compacted at 380°C and 600 MPa. The microstructure of the obtained composites was studied using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The performed investigations proved that both types of composites show a good dispersion of ceramic phases. The composite matrix was characterized by a fine grain size, i.e. less than 100 nm and contained a high density of intermetallic, Zn, Cu or Fe rich phases. The EDX chemical analysis indicated the local presence of an MgO phase at the metal/Al2O3 and metal/AlN interfaces. The microhardness of the compacts were in the range of 315÷355 HV and 250÷280 HV range for composites with micro-AlN or nano-Al2O3, respectively. It indicates that the size of the nano-crystalline matrix and intermetalic precipitates play a more important role than that of the reinforcing ceramic particles.

PL

Kompozyty o osnowie ze stopów aluminium są grupą materiałów, które łączą w sobie charakterystyczną dla metali dobrą plastyczność z dużą wytrzymałością i wysokim modułem sprężystości ceramiki. Wśród tych materiałów szczególnie ciekawe wydają się być kompozyty o nanokrystalicznej osnowie, dającej możliwość dodatkowej poprawy własności mechanicznych. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki obserwacji mikrostruktury i pomiarów twardości dwóch typów nanokompozytów o osnowie ze stopu aluminium 7475, tj. z dodatkiem 10÷20% wagowych nano-Al2O3 lub mikro-AlN. Kompozyty wytworzono metodą metalurgii proszków. Proszek stopu AA7475 zmieszano z cząstkami ceramicznymi w ilościach 10 i 20% wagowych, a następnie poddano mieleniu w wysokoenergetycznym młynku kulowym marki Fritsch przez okres 40 godzin. Zastosowano prędkość obrotów 200 obr/min i stosunek wagowy kul stalowych do proszku 10:1. Następnie, proszki sprasowano pod ciśnieniem 600 MPa w umieszczonej w próżni 10ں bar matrycy podgrzewanej za pomocą generatora wysokiej częstotliwości do 380°C. Mikrostruktura kompozytów została zbadana za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Wykonane zostały również badania mikrotwardości Vickersa wytworzonych kompozytów. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury sprasowanych kompozytów wykazały równomierny rozkład cząstek ceramicznych zarówno dla dodatku AlN, jak i Al2O3. W skład osnowy kompozytów wchodziły nanokrystaliczne ziarna (˜ 100 nm) oraz międzymetaliczne wytrącenia bogate m.in. w żelazo, miedź, cynk. Lokalnie, widoczne były również obszary o ziarnach osnowy dochodzących do 500 nm, pozbawionych nanokrystalicznej fazy międzymetalicznej. Pustki na styku metalowa osnowa/cząstka ceramiczna były również obserwowane, jednakże całkowita porowatość wynosiła <1%. Pomiary składu chemicznego techniką EDX wskazały na lokalną obecność tlenku magnezu w granicy osnowa/AlN lub Al2O3. Pomiary mikrotwardości kompozytów wykazały natomiast, że wzrost frakcji fazy wzmacniającej z 10 do 20% wpływa na wzrost twardości kompozytu z 250 do 280 HV w przypadku Al2O3 oraz z 315 HV do 355 HV w przypadku AlN.

Słowa kluczowe

EN

nanocomposites; metal matrix composites; nano-crystalline aluminium alloy matrix; 7475/AIN; 7475/Al2O3

PL

nanokompozyty; kompozyty o osnowie metalowej; 7475/AIN; 7475/Al2O3

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 142--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Gajewska M.

autor

Dutkiewicz J.

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

autor

Morgiel J.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland,

Bibliografia

• [1] Cambronero L. E. G., Sánchez E., Ruiz-Roman J. M., Ruiz-Prieto J. M., Mechanical characterisation of AA7015 aluminium alloy reinforced with ceramics, J. Mater. Process. Tech. 2003, 143-144, 378-383.
• [2] Kalkanli A., Sencer Yilmaz S., Synthesis and characterization of aluminium alloy 7075 reinforced with silicon carbide particulates, Mater. Design 2008, 29, 775-780.
• [3] Mondal D. P., Das S., Rao N. R., Singh M., Effect of SiC addition and running-in-wear on the sliding wear behavior of Al – Zn – Mg aluminium alloy, Mater. Sci. Eng. A 2005, 402, 307-319.
• [4] Lee K. B., Kwon H., Strength of Al-Zn-Mg-Cu matrix composite reinforced with SiC particles, Metall. Mater. Trans. A 2002, 33, 455-466.
• [5] Min K. H., Lee B.-H., Chang S. –Y., Kim Y. D., Mechanical properties of sintered 7xxx series Al/SiCp composites, Mater. Lett. 2007, 61, 2544-2546.
• [6] Xiong B., Xu Z., Yan Q., Lu B., Cai C., Effects of SiC volume fraction and aluminium particulate size on interfacial reactions in SiC nanoparticulate reinforced aluminium matrix composites, J. Alloy. Compd. 2011, 509, 1187-1191.
• [7] Ruiz-Navas E. M., Fogagnolo J. B., Velasco F., Ruiz-Prieto J. M., Froyen L., One step production of aluminium matrix composite powders by mechanical alloying, Composites A 2006, 37, 2114-2120.
• [8] Ozdemir J., Ahrens S., Muecklich S., Wielage B., Nanocrystalline Al – Al2O3p and SiCp composites produced by high-energy ball milling, J. Mater. Process. Tech. 2008, 205, 111-118.
• [9] Dutkiewicz J., Lityńska-Dobrzyńska L., Maziarz W., Haberko K., Pyda W., Kanciruk A., Structure and properties of nanocomposites prepared from ball milled 6061 aluminium alloy with ZrO2 nanoparticles, Cryst. Res. Technol. 2009, 44, 1163-1169.
• [10] Yuan W., Zhang J., Zhang C., Chen Z., Processing of ultrahigh strength SiCp/Al – Zn – Mg – Cu composites, J. Mater. Process. Tech. 2009, 209, 3251-3255.
• [11] Esawi A. M. K., Morsi K., Sayed A., Abdel Gawad A., Borah P., Fabrication and properties of dispersed carbon nanotube-aluminium composites, Mat. Sci. Eng. A 2009, 508, 167-173.