Simulation of infiltration process of carbon fibres by aluminium alloy in modified GPI method

• Autorzy: Hufenbach W. A. , Gude M. , Czulak A. , Bodniewicz D.

Warianty tytułu

PL

Symulacja procesów infiltracji włókien węglowych stopem aluminium w zmodyfikowanej metodzie GPI

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The constantly rising demands for lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of continuous fibre-reinforced composite materials. These materials, due to their selectively adaptable characteristic profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials. Especially composites with textile reinforcement offer the highest flexibility for the adaptation of the reinforcing structure with regard to complex loading conditions. This paper presents the procedure and evaluation of a gas pressure infiltration process (GPI) for the manufacture of carbon fibre-reinforced aluminium metal matrix composites (CF/Al-MMC). Furthermore, the development of a new furnace for a modified GPI method is presented. In order to verify the new design, numerical simulations of the heating in the furnace chambers were prepared, which finally formed the basis for the improvement of the furnace as well as the GPI process.

PL

Stale rosnące zapotrzebowanie na lekkie konstrukcje, szczególnie w zakresie inżynierii ruchu, a także w budowie maszyn i urządzeń oraz w przemyśle energetycznym, w coraz większym stopniu wymaga stosowania materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem ciągłym. Materiały te, dzięki możliwości selektywnego dopasowania charakterystyk materiałowych, wydają się być lepsze od zwykłych materiałów monolitycznych. Kompozyty wzmacniane materiałami z włókien oferują obecnie najlepszą elastyczność dostosowania struktury wzmocnienia do założonych warunków obciążenia. W niniejszym artykule przedstawiono przebieg oraz ocenę procesu infiltracji gazowej (GPI - ang. Gas Pressure Infiltration), zastosowanego do wytwarzania kompozytów aluminiowych z włóknami węglowymi (CF/Al-MMC). Ponadto zaprezentowano model autorskiego pieca do produkcji zmodyfikowaną metodą GPI. W celu weryfikacji nowej konstrukcji sporządzono numeryczne symulacje nagrzewania w poszczególnych komorach pieca, które w rezultacie pozwoliły na modyfikację pieca oraz procesu.

Słowa kluczowe

EN

carbon fibre-reinforced aluminium; pressure infiltration; metal matrix composites

PL

kompozyty metalowe; aluminium wzmacniane włóknem węglowym; infiltracja gazowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 324--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Hufenbach W. A.

autor

Gude M.

autor

Czulak A.

autor

Bodniewicz D.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany,

Bibliografia

• [1] Bhav Singh B., Balasubramanian M., Processing and properties of copper-coated carbon fibre reinforced aluminium alloy composites, Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 2104-2110.
• [2] Chen H., Alpas A.T., Wear of aluminium matrix composites reinforced with nickel coated carbon fibres, Wear 1996, 192, 186-198
• [3] Sobczak N., Kudyba A., Siewiorek A., Effect of oxidation and testing condition on wetting behaviour and interfaces in Al/Ni systems, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 49-50.
• [4] 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.
• [5] 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.
• [6] Sobczak J., Sobczak N., Asthana R., Wojciechowski A., Pietrzak K., Rudnik D., Atlas of cast metal-matrix composites structures, Motor Transport Institute, Warsaw, and Foundry Research Institute, Cracow 2007.
• [7] Sevik H., Can Kurnaz S., Properties of alumina particulate reinforced aluminium alloy produced by pressure die casting, Materials and Design 2006, 27, 676-683.
• [8] Ballmes H., Rottmair C.A., Singer R.F., Carbon long fibre reinforced Al-matrix composites by high pressure die casting, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 58-59.
• [9] Demir A., Altinkok N., Effect of gas pressure infiltration on microstructure and bending strength of porous Al2O3/SiCreinforced aluminium matrix composites, Composites Science and Technology 2004, 64, 2067-2074.
• [10] Daoud A., Abou El-khair M.T., Wear and friction behaviour of sand cast brake rotor made of A359-20 vol % SiC particle composites sliding against automobile friction material, Tribology International 2010, 43, 544-553.
• [11] Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Boczkowska A., Textile-reinforced carbon fibre aluminium composites manufactured with gas pressure infiltration methods. International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 56-57.
• [12] Kozera R., Dolata-Grosz A., Sleziona J., Dyzia M., Bielinski J., Broda A., Boczkowska A., Kurzydlowski K.J., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Hufenbach W., Investigations of the interfaces between carbon fibres and an aluminium alloy matrix in composites fabricated by the pressure infiltration process, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 60-61.
• [13] Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Infiltration test of carbon fibres textile by modified AlSi9Cu(Fe) Alloy, Composites 2009, 9(3), 210-213.
• [14] Sobczak N., Kudyba A., Siewiorek A., Sleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Bielinski J., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydlowski K.J., Ballmes H., Rottmair C.A., Singer, R.F., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Hufenbach W., Factors affecting wettability and infiltration of 3D Reinforcement with liquid Al-based matrix, International Conference Cast Composites 2009 (CC 2009), Kocierz, 62-63.
• [15] Etter T., Schulz P., Weber M., Metzc J., Wimmler M., Löffler J.F., Uggowitzer P.J., Aluminium carbide formation in interpenetrating graphite/aluminium composites, Materials Science and Engineering A 2007, 448, 1-6.
• [16] Kammer C., Aluminium Taschenbuch Band 1. Grundlagen und Werkstoffe (15. Auflage). Aluminium-Zentrale, Düsseldorf 1998.