Ball milling of Al-based alloys to obtain amorphous-nanocrystalline structure

• Autorzy: Kukuła A. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Góral A. , Dutkiewicz J.

Warianty tytułu

PL

Mielenie stopów na bazie Al w celu otrzymania struktury amorficzno-nanokrystalicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mechanical alloying (MA) process was applied to four Al-based alloys in order to obtain amorphous-nanocrystalline structure. Elemental powders of: Al85Fe15, Al75Fe15Zr10, Al65Ni20Zr15 and Al70Ni10Ti10Zr10 compositions (at. %) were ball milled in a planetary high energy mill using bearing steel balls with the ball to powder weight ratio of 10:1. Powders were milled under inert gas atmosphere (Ar) for 60 hours with 4% addition of toluene as the process controlling agent. The aim of the present investigation was to study the effect of high-energy milling on microstructure and mechanical properties of Al-based alloys modified by MA methods. From the four alloys the one with the highest amount of amorphous phase was chosen (Al70Ni10Ti10Zr10) and examined more thoroughly (Fig. 1). The mean size of the powder particles decreased during milling and after 60 hours of milling it was estimated below 10 ?m (Fig. 4). X-ray diffraction performed after various milling times showed progress of amorphization with a milling time and formation of intermetallic phases. The mean value of microhardness of the milled material amounts to 384 HV (0,1 N) and is significantly higher (about 6 times) as compared to mean microhardness of initial powders (Fig. 2). The process of milling Al70Ni10Ti10Zr10 alloy resulted in formation of predominantly amorphous structure as confirmed by DSC studies (Fig. 10) where a crystallization peak was observed with some nanocrystalline phase identified as Al3Ni, Al4Ni3, AlTi3 (Fig. 3), AlZr3 or Al3Zr4 phases using TEM and XRD methods.

PL

W celu otrzymania struktury amorficznej czterech stopów na bazie aluminium o składzie Al85Fe15, Al75Fe15Zr10, Al65Ni20Zr15 oraz Al- 70Ni10Ti10Zr10 (% at.) zastosowano proces mechanicznej syntezy (MS). Proszki czystych metali zostały poddane procesowi mielenia w wysokoenergetycznym młynie planetarnym z użyciem kul ze stali łożyskowej. Stosunek masowy kul do proszku wynosił 10:1. Mielenie prowadzono w atmosferze ochronnej argonu przez 60 godzin, a 4% dodatek toluenu stanowił substancję przeciwdziałającą aglomeracji oraz osadzaniu się proszku na ściankach naczynia. Celem przedstawionych badań była analiza wpływu czasu mielenia na mikrostrukturę oraz własności mechaniczne stopów na bazie Al. Spośród czterech stopów w największym stopniu amorfizacji uległ stop Al70Ni10Ti10Zr10. Średnia wielkość cząstek proszku tego stopu po 60 godzinach mielenia wynosiła poniżej 10 ?m. Badania rentgenowskie prowadzone po różnych czasach mielenia wskazują na postępowanie procesu amorfizacji wraz z czasem mielenia oraz tworzenie się faz międzymetalicznych. Średnia wartość mikrotwardości mielonego proszku wyniosła 384 HV (0,1 N) i jest znacząco wyższa (blisko 6-krotnie) w porównaniu ze średnią mikrotwardością proszków w stanie wyjściowym. Proces mielenia stopu Al70Ni10Ti10Zr10 wpłynął na wytworzenie struktury głównie amorficznej, z dodatkiem faz nanokrystalicznych zidentyfikowanych podczas badań TEM oraz XRD jako fazy Al3Ni, Al4Ni3, AlTi3, AlZr3 lub Al3Zr4.

Słowa kluczowe

EN

amorphous aluminum Al-Ni-Ti-Zr; Al-Fe-Zr; Al-Ni-Zr alloys; nanocrystallization; mechanical alloying

PL

amorficzne stopy aluminium Al-Ni-Ti-Zr; Al-Fe-Zr; Al-Ni-Zr; nanokrystalizacja; mechaniczna synteza

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 2
• Strony: 77--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kukuła A.

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

autor

Góral A.

autor

Dutkiewicz J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków,

Bibliografia

• [1] Inoue A.: Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys in Al-based systems. Prog. Mater. Sci. 43 (1998) 365÷520.
• [2] Samanta A., Fecht H.-J., Mannac I., Chattopadhyay P. P.: Development of amorphous phase dispersed Al-rich composites by rolling of mechanically alloyed amorphous Al-Ni-Ti powders with pure Al. Materials Chemistry and Physics 104 (2007) 434÷438.
• [3] Kawamura Y., Mano H., Inoue A.: Nanocrystalline aluminium bulk alloys with a high strength of 1420 MPa produced by the consolidation of amorphous powders. Scripta Mater. 44 (2001) 1599÷1604.
• [4] Suryanarayana C.: Mechanical alloying and milling. Prog. Mater. Sci. 46 (2001).
• [5] Ouyang Y., Wang L., Chen H., Cheng X., Zhong X., Feng Y.: The formation and crystallization of amorphous Al65Fe20Zr15. Journal of Non-crystalline Solids 354 (2008) 5555÷5558.
• [6] Botta Filho W. J., Fogagnolo J. B., Rodrigues C. A. D., Kiminami C. S., Bolfarini C., Yavari A. R.: Consolidation of partially amorphous aluminium- alloy powders by severe plastic deformation. Materials Science and Engineering A 375-377 (2004) 936÷941.
• [7] Kim D. H., Kim W. T., Kim D. H.: Formation and crystallization of Al-Ni-Ti amorphous alloys. Materials Science and Engineering A 385 (2004) 44÷53.
• [8] Inoue A., Kawamura Y., Kimura Y., Mano H. M.: Nanocrystalline Al- Based Bulk Alloys with High Strength above 1000 MPa. Mater. Sci. Forum 360-362 (2001) 129÷136.
• [9] Choi G. S., Kim Y. H., Cho H. K., Inoue A., Masumoto T.: Ultrahigh tensile strength of amorphous Al-Ni-(Nd, Gd)-Fe alloys containing nanocrystalline Al particles. Scripta Met. et Mat. 33 (1995) 1301÷1306.
• [10] Manna I., Nandi P., Bandyopadhyay B., Ghoshray K., Ghoshray A.: Microstructural and nuclear magnetic resonance studies of solid-state amorphization in Al-Ti-Si composites prepared by mechanical alloying. Acta Mater. 52 (2004) 4133÷4142.
• [11] Mann I., Chattopadhyay P. P., Banhart F., Fecht H.-J.: Solid state synthesis of amorphous and/or nanocrystalline Al40Zr40Si20 alloy by mechanical alloying. Mater. Lett. 58 (2004) 403÷407.