Technologie wytwarzania kompozytów ALFA

• Autorzy: Sobczak J. , Darłak P.

Warianty tytułu

EN

Technological aspects of synthesis of ALFA composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono istniejące (w skali półprzemysłowej) i potencjalne (w tym laboratoryjne) metody wytwarzania kompozytów na bazie stopów aluminium zbrojonych materiałem odpadowym - popiołem lotnym (ALFA, ang. Aluminium + Fly Ash), będące przedmiotem badań prowadzonych w Instytucie Odlewnictwa we współpracy z Instytutem Transportu Samochodowego i z Energy of Industries, Ohio (USA). Omówiono wybrane aspekty technologiczne dotychczas stosowanych technik syntezy kompozytów. Ze względu na szerokie spektrum zagadnień związanych z wytwarzaniem materiałów heterogenicznych i wiele problemów technicznych zamieszczone informacje mogą stanowić inspirację do dalszego rozwoju badań nad otrzymywaniem kompozytów przeznaczonych do zastosowania zwłaszcza w przemyśle samochodowym. Przedstawiono wyniki otrzymane w trakcie prób wytworzenia kompozytu metodą metalurgii proszków, infiltracji ciśnieniowej, mieszania mechanicznego (vortex), jak również z wykorzystaniem metody przeróbki plastycznej na przykładzie kucia.

EN

Aluminum - fly ash (ALFA - ALuminium Fly Ash) composites have been developed in recent years. Fly ash is a paniculate waste material formed as a result of coal combustion in power plants. The use of fly ash as a filler or reinforcement for aluminum alloys called Metal Matrix Composites, or MMC's, is therefore very desirable from an environmental standpoint. Fly ash forms at temperatures in the range of 920-1200°C and is collected as precipitator ash (solid particles) and cenospheres (hollow microspheres) that float on collection ponds. Production of aluminum alloy-fly ash composite material is difficult due to the poor wettability of fly ash and its light weight nature. The introduction of fly ash into liquid metal for making gravity castings oftentimes does not result in a uniform distribution of fly ash particles in the alloy structure. However, further re-melting of the composite material combined with squeeze casting has been found to improve the distribution in aluminum-fly ash castings. Initial investigations employing a squeeze casting process (the application of external pressure on the molten metal) for Aluminum-fly ash MMC's has also demonstrated many advantages for this technique i.e.: better compatibility between the metal matrix and the fly ash particles, a more improved structure of the matrix alloy, filling of some hollow particles of the fly ash with metal, and pressure activation of the fly ash-metal interface.In this work authors described some technological aspects of ALFA synthesis. The results have been considered basing on the long term collaboration between Foundry Research Institute, Motor Transport Institute and Energy of Industry Co. from Ohio, USA. Selected methods allow producing the material, which can be applied as the construction material. In a first method, powder metallurgy, fly ash was tentatively prepared and then was melted with aluminum matrix. The second method, pressure infiltration, needs to prepare a ceramic perform, which next is infiltrated by liquid metal. The third method, using liquid phase, allows producing composite with homogeneous distribution, but it still reveals unfavorable phenomena - floatation of light fly ash particles. The fourth method, forging, allows obtaining a higher mechanical properties compared with other methods.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; technologia; materiał kompozytowy metalowy

EN

fly ash; technology; metal matrix composites

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 28, nr 3
• Strony: 103--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Sobczak J.

autor

Darłak P.

• Prof. dr hab. inż. - Instytut Odlewnictwa w Krakowie

Bibliografia

• [1]Asthana R.9 Sobczak N., Sobczak J., Gast Composites: Solidification Process, Stracture, Properties and Applications - Recent Developments, Edited by WFO Technical Foram-2001:"New Materials in Casting Engineering" World Foundry Organization, Warsaw, Poland, September 20-22, 2001 (CD).
• [2]Bienias J., Walczak M., Surowska В., Sobczak J., Microstmcture and Corrosion Behaviour of Aluminum Fly Ash Composites, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 2003, vol. 5, no. 2, s. 493-502.
• [3]Nonavinakere S., Reed B.E,. Use of Ash to Treat Metal Bearing Waste Streams, w: Proceedings of the 10th International Ash Use Symposium, vol. 1, EPRITR-101774, January 1993, s. 120.
• [4]Rohatgi P.K., Guo R.9 Keshavaram B.N., Golden D.M., Cast Aluminium - Fly Ash Composites for Engineering Applications, AFS Transactions, 1995, s. 575-586.
• [5]Rohatgi P.K., Sobczak J., Purgert R.M., The Properties of ALFA Composites, w: Proceedings of Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 1114, 2000, s. 15-29.
• [6]Sign N. Р., Boyd L.C. Jr., Purgert R.M., Sobczak J., Aluminum syntactic foams ALFA for automotive applications, Journal of KONES - Internal Combustion Engines, ISSN 1231-4005, 2003, s. 329-340.
• [7]Sobczak J., Uporaba pepela za sintezo lahkih in cenenih kompozitiv ALFA (Fly Ash Material for Synthesis of Light Weight Low Cost ALFA Composites), Livarsky Vestnik, 2001, vol. 48, no. 5/6, s. 3-21.
• [8]Sobczak J., Babiński A., Darłak Р., Dudek Р., Sobczak N., Wojciechowski A., Rozwój syntezy lekkich i racjonalnych ekonomicznie tworzyw konstrukcyjnych z wykorzystaniem produktów odpadowych - popiołów lotnych, sprawozdanie z grantu badawczego 3 T08B 064 26, Kraków, Instytut Odlewnictwa 2007 (niepublikowane).
• [9]Sobczak N., Sobczak J., Morgiei J., Stobierski L., ТЕМ Characterization of Reaction Products in Aluminum - Fly Ash Couples, w: XI International Conference on Electron Microscopy of Solids - Abstract, Krynica - Poland, 19-23 May, 2002, s. 142.
• [10]Sobczak N.9 Sobczak J., Morgiei J., Stobierski L., ТЕМ characterization of the reaction products in aluminum - fly ash couples, Materials Chemistry and Physics, 2003, no. 81, s. 296-300.
• [11]Sobczak J., Sławiński Z., Sobczak N., Asthana R., Rohatgi K.P., The Thermal Shock Resistance of Particulate and Short-Fiber Reinforced Cast Aluminum Matrix Composites, w: Proceedings of the Symposium "State of Art in Cast Metal Matrix Composites in the Next Millenium" sponsored by ASM International Materials Science Critical Technology Sector, Strućtural Materials Division, Materials Processing and Manufacturing Division, Jt. Composite Materials Committee, Solidification Committee at the 2000 TMS Fall Meeting, St. Louis, Missouri, USA, October 8-12, 2000, s. 189-201.
• [12]Sobczak J., Sobczak N., Przystas G., Zastosowanie materiałów odpadowych w odlewnictwie na przykładzie popiołów lotnych, Kraków, Wyd. Instytutu Odlewnictwa 1999.
• [13]Sobczak J., Sobczak N., Purgert R.M., Rohatgi P.K., New Alfa Composites Aluminum Alloys and Fly Ash: Fly Ash Waste Material for the Synthesis of Light Weight Low Cost Aluminum Matrix Composites, w: Proceedings of Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 11-14, 2000, s. 1-14.
• [14]Sobczak N., Sobczak J., Rohatgi P.K., Using Fly Ash Waste Material for the Synthesis of Light Weight Low Cost Aluminum Matrix Composites, w: Proceedings of the Symposium "State of Art in Cast Metal Matrix Composites in the Next Millenium" sponsored by ASM International Materials Science Critical Technology Sector, Stractural Materials Division, Materials Processing and Manufacturing Division, Jt. Composite Materials Committee, Solidification Committee at the 2000 TMS Fall Meeting, St. Louis, Missouri, USA, October 8-12, 2000, s. 313-324.
• [15]Sobczak J., Sobczak N., Rohatgi P.K., Purgert R.M., Squeeze Casting of ALFA (AK12 Aluminum Alloy - Fly Ash) Composites, w: Proceedings of Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 1114, 2000, s. 1-23.
• [16]1990 Coal Combustion By-Product, American Coal Ash Association, Revision No. 1, June 13, 1992, Washington D.C.