Al/CF composites obtained by infiltration method

• Autorzy: Dolata A. J. , Dyzia M. , Śleziona J.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty Al/CF otrzymane metodą infiltracji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aluminium alloys reinforced with carbon fibres can find applications in a variety of light constructions operating in complex load conditions. The methods of obtaining these types of composites are mainly based on liquid-phase methods, where the connection between the composites is achieved as a result of wetting the reinforcement phase with a liquid metal. For these processes, the aluminium matrix should be characterized by high strength, the possibility for heat treatment and adequate technological properties (high castability, good wettability of carbon fibre surface by molten metal). A following important aspect in the Al/CF discussed system is a reduction of reactivity between the liquid aluminium and carbon fibre. In the article, the results of infiltration tests on nickel coated carbon performs by a liquid Al alloy have been presented. In the examinations, aluminium with a silicon alloy (226D) modified by magnesium and strontium were used. The infiltration process was carried out on a Degussa press. The manufactured composite plates were characterized a regular shape, without surface casting defects. The nickel coating prevents the destruction of the fibres, but the reaction of Ni with the liquid aluminum alloy in the boundary area leads to the precipitation of a ductile phase of the Al-Ni system. Decohesion takes place among the matrix and fibres, which allows the supposition that the composite will be characterized by good mechanical properties. This requires experimental verification, which is planned in the successive stage of the research in the project "3D-textile reinforced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in the frames of the programme supported by the Polish Ministry of Science and Higher Education and by the DFG in Germany in the Polish-German Bilateral Project.

PL

Stopy aluminium wzmacniane włóknami węglowymi mogą znaleźć zastosowanie w wielu lekkich konstrukcji, pracujących w złożonych warunkach obciążenia. Metody wytwarzania tego rodzaju kompozytów są oparte głównie na metodach ciekłofazowych, gdzie połączenie pomiędzy komponentami uzyskuje się w wyniku zwilżania fazy zbrojenia przez ciekły metal. Dla tego typu procesów aluminiowa osnowa powinna charakteryzować się wysoką wytrzymałością, możliwością przeprowadzenia obróbki cieplnej i odpowiednimi właściwościami odlewniczymi (wysoką lejnością, dobrą zwilżalnością powierzchni włókien węglowych, niską lepkością). Kolejny ważny aspekt w omawianym układzie komponentów to konieczność obniżenia reaktywności występującej pomiędzy ciekłym stopem aluminium a włóknami węglowymi. W artykule przedstawiono wyniki badań procesu infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych z powłoką niklową. Do infiltracji tkanin węglowych zastosowano stop aluminium z krzemem (226D) modyfikowany dodatkami magnezu i strontu. Proces infiltracji przeprowadzono na prasie Degussa. Wytworzone płytki kompozytowe charakteryzowały się regularnym kształtem bez powierzchniowych wad odlewniczych. Potwierdzono korzystny wpływ powłoki niklowej, która zabezpiecza włókna przed zniszczeniem. Jednak reakcja Ni z ciekłym stopem aluminium w obszarze granicznym prowadzi do powstania kruchych faz z układu Al-Ni. Zniszczenie materiału kompozytowego zachodzi poprzez osnowę i włókna, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnych etapach badawczych. Prace zostały zrealizowane w ramach projektu finansowanego w programie DFG: "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn".

Słowa kluczowe

EN

AMMCs; carbon fibres; composite structures; infiltration process

PL

AMMCs; włókna węglowe; struktura kompozytów; infiltracja

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 310--316
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Dolata A. J.

autor

Dyzia M.

autor

Śleziona J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy Department of Materials Technology, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Mortensen A., Masur L.J., Cornie J.A., Flemings M.C., Infiltration of fibrous preforms by a pure metal, Metall. Trans. A 1989, 20A, 2535-2563.
• [2] Vijayaram T.R., Sulaiman S., Hamouda A.M.S., Ahmad M.H.M., Fabrication of fiber reinforced metal matrix composites by squeeze casting technology, Journal of Materials Processing Technology 2006, 178, 34-38.
• [3] Shalu T., Abhilash E., Joseph M.A., Development and characterization of liquid carbon fibre reinforced aluminium matrix composite, Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 4809-4813.
• [4] Long S., Zhang Z., Flower H.M., Characterization of liquid metal infiltration of chopped fibre performs aided by external pressure, Part-2: modelling of liquid metal infiltration process, Acta Metall. Mater. 1995, 43, 9, 3499-3509.
• [5] Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Development of textile-reinforced carbon fibre aluminium composites manufactured with gas pressure infiltration methods, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2009, 35, 2, 177-183.
• [6] Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Infiltration test of carbon fibres textile by modified AlSi9Cu(Fe), Kompozyty (Composites) 2009, 9, 3, 210-213.
• [7] Urena A., Rams J., Escalera M.D., Sanchez M., Effect of copper electroless coatings on the interaction between a molten Al-Si-Mg alloy and coated short carbon fibres, Composites: Part A 2007, 38, 1947-1956.
• [8] Silvain J.F., Heintz J.M., Lahaye M., Interface analysis in Al and Al alloys/Ni/carbon composites, Journal of Materials Science 2000, 35, 961-965.
• [9] Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Technological aspect of carbon fibre reinforced aluminium matrix composites manufacturing - selection of matrix alloy, Archives of Mechanical Technology and Automation 2010, 30, 3, 19-25.
• [10] Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J., Manufacture and structure of infiltrated Al-carbon fibres composites, Archives of Mechanical Technology and Automation 2010, 30, 3, 11-18.
• [11] Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J., Structure of Al-CF composites obtained by infiltration methods, Archives of Foundry Engineering 2011, 11, Special Issue 2, 23-28.
• [12] Steffens H.-D., Reznik B., Kruzhanov V., Dudzinski W., Carbide formation in aluminium-carbon fibre-reinforced composites, Journal of Materials Science 1997, 32, 5413-5417.
• [13] http://www.ilk.mw.tu-dresden.de/PAK258 N. Sobczak -Report project PL2_Sobczak field
• [14] Dolata-Grosz A., Dyzia M., Sleziona J., Influence of modification on structure, fluidity and strength of 226D aluminium alloy, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, Special Issue 3, 13-16.
• [15] Kozera R., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Bieliński J., Broda A., Boczkowska A., Czulak A., Engelmann F., Gude M., Śleziona J., Hufenbach W., Kurzydłowski K.J., Investigations of the interfaces between carbon fibres and aluminium alloy matrix in the composites fabricated by pressure infiltration process, Archives of Metallurgy and Materials, in press.
• [16] Bieliński J., Sałacińska A., Kozera R., Bielińska A., Boczkowska A., Catalytic activation of carbon fibres in electroless process of fabrication of metallized carbon fabrics, Kompozyty (Composites) 2011, 11, 2, 174-179.
• [17] Kozera R., Bieliński J., Broda A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Preparation of carbon fibres for aluminium composites, Advanced Materials Research 2011, 264-265, 1487 1493.