The effect of sintering temperature,sintering time and reinforcement particle size on properties of Al-Al2O3 composites

• Autorzy: Konieczny M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury spiekania, czasu spiekania oraz wielkości cząstek zbrojących na własności kompozytów Al-Al2O3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of this paper was to investigate the effect of sintering temperature, sintering time and reinforcement particle size on the properties of Al-Al2O3 composites. Three sintering temperatures were applied: 500, 550 and 600 °C for 30, 60 and 90 minutes. Experiments were performed using specimens containing 0, 5 and 10% of alumina. The average particle sizes of alumina were 2, 10 and 20 μm. The investigated properties included relative density, hardness and compressive strength. Microstructural observations showed that Al-Al2O3 composites could be successfully formed for all of the studied combinations of sintering temperature, sintering time, alumina particle sizes and amount of reinforcement. The relative density of all the composites increased when the particle size of alumina was reduced. The highest relative density was obtained at 600 °C. Higher hardness and compressive strength were observed in samples containing finer Al2O3 particles. The variations in hardness and compressive strength of Al-Al2O3 composites were dependent on the sintering temperature and time. Increasing sintering time at 500 and 550 °C led to a gradual increase in hardness and compressive strength. Similar results were obtained as well after sintering at 600 °C when the sintering time was increased up to 60 minutes. A prolonged sintering time up to 90 min had a contrary effect on the hardness and compressive strength of the composites.

PL

Głównym celem badań było przeanalizowanie wpływu temperatury spiekania, czasu spiekania oraz wielkości cząstek zbrojących na własności kompozytów Al-Al2O3. Zastosowano trzy temperatury spiekania: 500, 550 i 600°C oraz trzy czasy: 30, 60 oraz 90 minut. Eksperymenty prowadzono na próbkach wykonanych ze spiekanego proszku aluminium oraz na próbkach zawierających dodatkowo 5 i 10% tlenku glinu. W badaniach używano proszku Al2O3 o trzech wielkościach cząstek: 2, 10 oraz 20 μm. Badano wpływ parametrów wytwarzania kompozytów na ich gęstość względną, twardość oraz wytrzymałość na ściskanie. Obserwacje mikroskopowe wykazały, że kompozyty Al-Al2O3 mogą być skutecznie wytwarzane przy zastosowaniu wszystkich użytych kombinacji temperatury spiekania, czasu spiekania oraz zastosowanych ilości oraz wielkości cząstek zbrojących. Gęstość względna kompozytów wzrastała wraz ze zmniejszaniem się wielkości zastosowanych cząstek Al2O3. Najwyższą względną gęstość otrzymano dla kompozytów spiekanych w temperaturze 600°C. Wyższa twardość oraz wyższa wytrzymałość na ściskanie była uzyskiwana w próbkach zawierających mniejsze cząstki tlenku glinu. Zmiany twardości i wytrzymałości na ściskanie były uzależnione od czasu oraz temperatury spiekania. Wzrost czasu spiekania w temperaturach 500 oraz 550°C prowadził do stopniowego wzrostu twardości oraz wytrzymałości na ściskanie. Podobne rezultaty otrzymano także po spiekaniu w temperaturze 600°C, gdy czas spiekania był krótszy niż 60 minut. Jednak wydłużenie czasu spiekania do 90 minut spowodowało spadek twardości oraz wytrzymałości na ściskanie.

Słowa kluczowe

EN

metal-matrix composite; aluminium; Al2O3 particles; powder metallurgy

PL

kompozyt z osnową metaliczną; aluminium; cząstki Al2O3; metalurgia proszków

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 1
• Strony: 39--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Konieczny M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Machine Building, 25-314 Kielce, al. 1000-lecia PP 7, Poland,

Bibliografia

• [1] Park B.G., Crosky A.G., Hellier A.K., Materials characterization and mechanical properties of Al2O3-Al metal matrix composites, J. Mater. Sci. 2001, 36, 2417-2426.
• [2] Kurtyka P., Wierzbiński S., Faryna M., Wybrane właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie stopów aluminium wzmacnianych cząstkami Al2O3, Kompozyty 2002, 4, 185-190.
• [3] Kok M., Production and mechanical properties of Al2O3 particle-reinforced 2024 aluminium alloy composites, J. Mater. Process. Tech. 2005, 161, 381-387.
• [4] Torralba J.M., da Cost C.E., Velasco F., P/M aluminium matrix composites: an overview, J. Mater. Process. Tech. 2003, 133, 203-206.
• [5] Shorowordi K.M., Laoui T., Haseeb A.S., Celis J.P., Froyen L., Microstructure and interface characteristics of B4C, SiC and Al2O3 reinforced Al matrix composites, J. Mater. Process, Tech 2003, 142, 738-743.
• [6] Olszówka-Myalska A., Wpływ temperatury spiekania na mechanizm dekohezji kompozytów Al-Al2O3, Kompozyty 2001, 1, 64-67.
• [7] Dobrzański L.A., Włodarczyk A., Adamiak M., The structure and properties of PM composite materials based on EW AW-2124 aluminium alloy reinforced with the BN or Al2O3 ceramic particles, J. Mater. Process. Tech. 2006, 175, 186-191.
• [8] Dyzia M., Śleziona J., Kompozyty o osnowie aluminium zbrojone dyspersyjnymi fazami azotkowymi, Kompozyty (Composites) 2008, 8(3), 269-273.
• [9] Dutkiewicz J., Maziarz W., Lityńska-Dobrzyńska L., Góral A., Kukuła A., Kanciruk A., Kompozyty nanokrystaliczne na osnowie stopu aluminium 6061 z dodatkiem fazy ceramicznej α-Al2O3, Kompozyty (Composites) 2010, 10(1), 78-80.
• [10] Slipenyuk A., Kuprin V., Milman Y., Goncharuk V., Eckert J., Properties of P/M processed particle reinforced metal matrix composites specified by reinforcement concentration and matrix-to-reinforcement particle size ratio, Acta Mater. 2006, 54, 157-166.
• [11] De Gee A.W., Commissaris C.P., Zaat J.H., The wear of sintered aluminium powder (SAP) under conditions of vibrational contact, Wear 1964, 7, 535-550.
• [12] Ciaś A., Frydrych H., Pieczonka T., Zarys metalurgii proszków, WSiP, Warszawa 1992.
• [13] Nowacki J., Spiekane metale i kompozyty z osnową metaliczną, WNT, Warszawa 2005.
• [14] Jiang G., Daehn G.S., Wagoner R.H., Observations on densification of Al-Al2O3 composite powder compacts by pressure cycling, Powder. Metall. 2003, 46, 78-82.
• [15] Przybyłowicz K., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 2003.
• [16] Ahmad K.R., Jamaludin S.B., Hussain L.B., Ahmad Z.A., The influence of alumina particle size on sintered density and hardness of discontinuous reinforced aluminium matrix composite, J. Teknol. 2005, 42, 49-57.
• [17] Xu W., Wu X., Honma T, Ringer S.P., Xia K., Nanostructured Al-Al2O3 composite formed in situ during consolidation of ultrafine Al particles by back pressure equal channel angular pressing, Acta Mater. 2009, 57, 4321-4330.
• [18] Lee S.H., Sakai T., Saito Y., Fabrication of Al/Al2O3 particle reinforced metal matrix composite by sheath rolling of power mixture, Mater. T JIM 1998, 39, 1206-1213.
• [19] Tang F., Anderson I.E., Biner S.B., Solid state sintering and consolidation of Al powders and Al matrix composites, J. Light Met. 2002, 2, 201-214.
• [20] Przybyłowicz K., Strukturalne aspekty odkształcania metali, WNT, Warszawa 2002.