Joining of Ni3Al Microcrystalline Foils by SHS Reaction

• Autorzy: Durejko T. , Jóźwik P. , Bojar Z.

Warianty tytułu

PL

Łączenie mikrokrystalicznych folii na osnowie fazy Ni3Al metodą reakcji SHS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An attempt of obtaining Ni3Al/FeAl/Ni3Al joints via sintering of Ni3Al foil with a reactive spacer is described. The method is based on sintering technically pure iron and aluminium powders or Fe and Al P/M (Powder Metallurgy) compacts. For sintering the Ni3Al foils in two material conditions were selected – immediately after rolling and after soaking at the temperature of 1000 C for up to two hours. A presintering (stage one) was carried out at the temperature of 620 C under cyclic variable load which initiated volumetric reaction SHS (Self-Propagating High Temperature Synthesis). The second stage (basic sintering) relied on free soaking of obtained joints at the temperature of 1200 C in a protective argon atmosphere. This stage was carried out in two variants: the first variant – with fast heating of the Ni3Al/FeAl/Ni3Al system and maintaining in the temperature for 15 minutes and next slow cooling in air, and the second one - heating and cooling of the Ni3Al/FeAl/Ni3Al system in a furnace (total time – 1hour). The following parameters of obtained samples were analysed: metallographic analysis using scanning microscope, grain size, chemical composition (point and linear analysis), and microhardness. In the first stage (presintering) an occurence of the SHS reaction was confirmed. Metallography studies revealed a zonal structure of the samples. Depending on applied variants of heat treatment (in the basic sintering), from two up to eight transient zones with different chemical composition appear in the joint structure. The first variant including rapid heating and cooling during basic sintering causes increase in hardness in transient zones (up to the level of 360 HV), occurrence of a hard (473+56 HV), non-visible in microscopic observation FeAl zone, and an appearance of local cracks on boundaries between the Ni3Al phase and a zone directly adjacent to it. For the second variant of the basic sintering microhardness in Ni3Al and transient zones is comparable while for FeAl grains amounts to 320+8 HV. First recognizing tests on disruption of obtained joints were done. They confirmed high quality of joints produced in the variant II. Additionally, a successful attempt to bond Ni3Al strips with a Fe-Al reactive spacers using high-current pulses was performed.

PL

W pracy przedstawiono próbę otrzymywania złącz Ni3Al/FeAl/Ni3Al metodą spiekania folii Ni3Al z przekładką reaktywną w postaci mieszaniny czystych technicznie proszków żelaza i aluminium lub wypraski z proszków Fe i Al. Do spiekania wytypowano folie Ni3Al w dwóch stanach materiałowych – bezpośrednio po walcowaniu oraz walcowaniu i wygrzewaniu w temperaturze 1000 C i czasie do dwóch godzin. Spiekanie wstępne (etap pierwszy) przeprowadzono w temperaturze 620 C pod obciążeniem cyklicznie zmiennym inicjując objętościowo reakcje SHS (Self-Propagating High Temperature Synthesis). Etap drugi (spiekanie zasadnicze) polegał na swobodnym wygrzewaniu utrzymanych złącz w temperaturze 1250 C i atmosferze ochronnej argonu. Etap ten zrealizowano w dwóch wariantach: pierwszy – z szybkim grzaniem układu Ni3Al/FeAl/Ni3Al i wytrzymaniem w temperaturze przez 15 minut a następnie studzeniem w powietrzu i drugi – z grzaniem i studzeniem układu Ni3Al/FeAl/Ni3Al razem z piecem (łączny czas 1h). Uzyskane próbki poddano analizie metalograficznej na mikroskopie skaningowym, analizie wielkosci ziarna, składu chemicznego (punktowo oraz liniowo) oraz pomiarom mikrotwardosci. Na etapie spiekania wstepnego potwierdzono wystepowanie reakcji SHS. Badania metalograficzne ujawniły strefową budowę próbek. W zależności od zastosowanych wariantów obróbki cieplnej (spiekania zasadniczego) w strukturze złącza występuje od dwóch do osmiu stref przejściowych o różnym składzie chemicznym. Wariant pierwszy obejmujący gwałtowne grzanie i chłodzenie podczas etapu spiekania zasadniczego powoduje wzrost twardości w strefach przejściowych (do poziomu 360 HV), występowanie twardej, niewidocznej podczas obserwacji mikroskopowych strefy FeAl (473+56 HV) oraz pojawienie się lokalnych pęknięć na granicach pomiędzy fazą Ni3Al i strefa bezpośrednio do niej przyległa. W przypadku spiekania zasadniczego według wariantu drugiego mikrotwardosc w Ni3Al i strefach przejściowych jest porównywalna, natomiast w ziarnach FeAl wynosi 320+8 HV. Przeprowadzono rozpoznawcze badania rozrywania uzyskanych złącz, które potwierdziły wysoką jakość połączenia otrzymanego zgodnie z wariantem II. Dodatkowo przeprowadzono również udana próbę łączenia taśm Ni3Al z przekładką reaktywną Fe-Al poprzez impulsy wysokoprądowe.

Słowa kluczowe

EN

microcrystalline foils; SHS reaction; sintering

PL

folie mikrokrystaliczne; metoda SHS; spiekanie

• 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: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 4
• Strony: 1103--1109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Durejko T.

autor

Jóźwik P.

autor

Bojar Z.

• Faculty of Advanced Materials and Technology, Military University of Technology, Kaliskiego 2 Street, 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] D. Trinh, M. Muller, Aluminides, 4H1609 Functional Materials, Project Report, KTH, 2002.
• [2] S. C. Deevi, V. K. Sikka, C. T. Liu, Processing, properties, and applications of nickel and iron aluminides, Progress in Materials Science 42, 177-192 (1997).
• [3] S. M. Spearing, Materials issues in microelectromechanical systems (MEMS), Acta Materialia 48, 179-196 (2000).
• [4] C. T. Liu, V. K. Sikka, Nickel aluminides for structural use, Journal of Metals 38, 19-21 (1986).
• [5] P. Józwik, Z. Bojar, Analysis of grain size effect on tensile properties of Ni3Al - based intermetallic strips, Archives of Metallurgy and Materials 52, 321-327 (2007).
• [6] K. Karczewski, S. Józwiak, Z. Bojar, Mechanizm of strength properties anomaly of Fe-Al sinters by compression tests at elevated temperature, Archives of metallurgy and materials 52, 361-366 (2007).
• [7] S. C. Deevi, V. K. Sikka, Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing, and application, Intermetallics 4, 357 (1996).
• [8] C. T. Liu, J. Stringer, J. N. Mundy, L. L. Horton, P. Angelini, Ordered intermetallic alloys: an assessment, Intermetallics 5, 579 (1997).
• [9] W. Przetakiewicz, T. Durejko, Z. Bojar, J. Bystrzycki, Sintering of Fe-Al Elemental powders under cyclic loading, Mass and Charge Transport in Inorganic Materials, 341-348 (2003).