Modification of Silicon Crystals in the Al-Si Coating by means of Heat Treatment

• Autorzy: Wróbel A. , Kucharska B.

Warianty tytułu

PL

Modyfikacja kryształów krzemu w powłoce Al-Si na drodze obróbki cieplnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of iiwestigation into the improvement of the ąuality of protective coatings applied in the automotive industry. Coating was dip applied on steel. The main application of the coatings are the exhaust system parts, which must be characterized by adeąuate anticorrosive properties, while maintaining high plasticity (during the finał forming of the part). The addition of silicon increases the service temperaturę of coatings, but, at the same time, lowers the plastic properties of the alloy. Large sharp-edged Si crystals in a dip coating are preferential locations of coating decohesion during the plastic forming of parts. The large difference in hardness between aluminium and silicon may cause numerous Si crystals chipping out from the matrix during plastic forming, causing a discontinuity in the protective coating, and hence an impairment in its anticorrosive properties. By means of heat treatment, a modification to the morphology of silicon crystals was madę with the aim of improving the plasticity of the coating. An industrial Al-Si coating was subjected to the two-stage heat treatment process. An Al-Si coating (containing approx. 7 wt Si) was investigated for the possibility of optimizing the structure with the aim of improving the deformability under the conditions of press forming of products. Two-stage heat treatment was applied, as a result of which some reduction of the volumetric fraction of silicon crystals was obtained, along with the change of their morphology to a new one, morę advantageous from the point of view of plastic forming. The change of the coating microstructure did not result in any increment in intermetallic phases responsible for coating adhesion. In the investigation, microscopic techniąues and computer image analysis (Image ProPlus for Windows) were used. In addition, the scratch test (Scratch Tester) was performed. The investigation carried out has shown that, as a result of heat treatment, part of Si from crystals have passed to the solution, while the remaining crystals have undergone a slight size reduction and rounding, which has a favourable effect on the plastic properties of the alloy.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących poprawy jakości stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym powłok ochronnych Al-Si. Powłoki nakładane są na stal metodą zanurzeniową. Głównym przeznaczeniem powłok są elementy układów wydechowych, które muszą charakteryzować się dobrymi własnościami antykorozyjnym przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej plastyczności (podczas formowania finalnego elementu). Dodatek krzemu podwyższa maksymalną temperaturę eksploatacji powłok, ale jednocześnie obniża własności plastyczne stopu. Duże, ostrokrawędziowe kryształy Si w powłoce zanurzeniowej są preferencyjnymi miejscami dekohezji powłoki podczas formowania plastycznego detali. Duża różnica w twardości, między aluminium a krzemem, podczas formowania plastycznego może powodować również wykruszanie twardych kryształów Si z osnowy powodując nieciągłość warstwy ochronnej, a co za tym idzie, obniżenie własności antykorozyjnych powłoki. Na drodze obróbki cieplnej dokonano zmiany morfologii kryształów krzemu w celu poprawy plastyczności powłoki. W pracy badano technologiczną powłokę Al-Si (zawierającą 7% wag. Si) pod kątem możliwości optymalizacji struktury na potrzeby poprawy odkształcalności w warunkach tłoczenia wyrobów. Zastosowano dwuetapową obróbkę cieplną, w wyniku której uzyskano pewne zmniejszenie udziału objętościowego kryształów krzemu oraz zmianę ich morfologii na bardziej korzystną, z punktu widzenia formowania plastycznego. Zmiana mikrostruktury powłoki nie spowodowała przyrostu warstwy faz międzymetalicznych odpowiedzialnych za adhezję powłoki. W badaniach wykorzystano techniki mikroskopowe (mikroskop optyczny i scanningowy) oraz komputerową analizę obrazu (Image ProPlus for Windows). Dodatkowo przeprowadzono test rysy (Scratch Tester). Przeprowadzone badania wykazały, że w wyniku obróbki cieplnej część krzemu z kryształów przeszła do roztworu, natomiast pozostałe kryształy uległy niewielkiemu zmniejszeniu i wyobleniu, co korzystnie wpływa na własności plastyczne stopu.

Słowa kluczowe

EN

thermal treatment; silicon crystal; protective coating

PL

obróbka cieplna; kryształy krzemu; powłoki ochronne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 1
• Strony: 205--210
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wróbel A.

autor

Kucharska B.

• INSTITUTE OF MATERIALS INGINEERING, CZĘSTOCHOWA UNIYERSITY OF TECHNOLOGY, 432-200 CZĘSTOCHOWA, 19 ARMII KRAJOWEJ STR., POLAND

Bibliografia

• [1] K. Żaba, S. Nowak, S. Kąc, Badania stanu powłoki Al-Si na stalowych taśmach i rurach przeznaczonych na elementy układów wydechowych, poddanej działaniu temperatury 150°C i czasu, Rudy i Metale Nieżelazne, R-52 7, 410-418 (2007).
• [2] W. S. Miller, L. Zhuang, J. Bollema, Recent developmend in aluminium alloys for the automotive in-dustry, Materiał Science and Engineering A280, 37-49 (2000).
• [3] J. M. Brossard, M. P. Hierro, J. A. Trilleros, M. C. Carpintero, L. Sanchaz, F. J. Bolivar, F. J. Perez, Heat treatment of code-posited aliminium-silicon coating on feritic steels by CVD-FBR technology, Surface & Coatings Technology 201, 5743-5750 (2007).
• [4] A. Wróbel, B. Kucharska, Z. Nitkiewicz, Influence of heat treatment on the phase composition of Al-Si coat on X2CrTil2 high chromium steel, Inżynieria Materiałowa 6, (166) XXIX, 960-962 (2008).
• [5] M. M. Makhlouf, H. V. Guthy, The aluminium-silicon eutectic reaction: mechanisms and crystallography, Journal of Light Metals 1, 199-218 (2001).
• [6] P. Wasilewski, Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości, Krzepnięcie Metali i Stopów, Monografia 21, Katowice, 8-37 (1993).
• [7] Z. Górny, Odlewnicze stopy metali nieżelaznych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 177-193 (1992).