Wpływ składu chemicznego fazy ceramicznej na kąt zwilżania w układzie Ti6AI4V/Ti(CxNy)

• Autorzy: Wendler B. , Sankowski D. , Senkara J. , Rylski A. , Pawlak W. , Kaczmarek Ł. , Jachowicz M.

Warianty tytułu

EN

Influence of chemical composition of ceramic phase ofTi6AI4V/Ti(CxNy) system on wetting ange parameter

• Konferencja: Ogólnopolska Konferencja Naukowa "Obróbka Powierzchniowa" (VI; 20-23.09.2005; Kule k. Częstochowy, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podstawowym wymogiem stawianym materiałom kompozytowym jest w szczególności przenoszenie wymaganych obciążeń. Aby sprostać temu zadaniu materiały te muszą być spójne w całej objętości. Przy projektowaniu materiałów wielofazowych, jakimi są kompozyty, oznacza to konieczność zapewnienia dobrej adhezji międzyfazowej tak, aby naprężenia wywołane przez obciążenia zewnętrzne mechaniczne i/lub termiczne) były przenoszone w całej objętości kompozytu. W nowoczesnych materiałach kompozytowych o osnowie z metali lekkich wzmacnianej fazą ceramiczną konieczne jest w szczególności zapewnienie dobrej adhezji na granicy między metalem i ceramiką. Zjawiskiem fizycznym, które determinuje wzajemną adhezję pomiędzy osnową a zbrojeniem jest zwilżanie. Niezadowalającą więź pomiędzy osnową i zbrojeniem wynika z faktu, ze materiały ceramiczne o wiązaniach jonowych i kowalentnych nie są zwilżalne przez ciekle metale i tak zwana granica czysto adhezyjna (bez warstwy pośredniej) nie jest możliwa do utworzenia. W rozpatrywanym przypadku fazą ceramiczną jest trójskładnikowa faza Ti(CxNy) o mieszanym wiązaniu metaliczno-jonowo-kowalentnym. Zmieniając skład chemiczny tej fazy (poprzez zmianę stężeń węgla illub azotu) można zmieniać udział wiązań metalicznych w fazie ceramicznej i tym samym zmieniać jej zwilżalność przez metaliczną osnowę. W pracy wykonanej w interdyscyplinarnym zespole z Politechniki Łódzkiej i Warszawskiej wykonano pomiary kątów zwilżania ceramiki Ti(CxNy) przez stop Ti6Al4V w przedziale temperatur 1950 K 7 2050 K przy wartościach x i y zmieniających się w zakresie (071). Wyniki badań mogą mieć istotne znaczenie przy projektowaniu kompozytów metalowo-ceramicznych, w szczegóIności w układzie Ti6A14V/Ti(CxNy), o dużej odporności na ścieranie i zużycie i zwiększonej zdolności przenoszenia naprężeń.

EN

One of the crucial characteristics of the composite materials is their load carrying capacity. To be equal to the task the materials have to be solid (coherent) throughout their volume. It is therefore necessary that when designing the materials the interphase adhesion is as good as possible. In the modern composites with the matrix of a light metal with ceramic reinforcement the adhesion between the metallic and ceramic phases is of crucial importance. The physical phenomenon which predetermines this adhesion is wetting. A weak adhesion between the matrix and reinforcement is due to the fact that ceramics with covalent or ion bonds are not wetted by liquid metals and the pure adhesive binding (without any intermediate layer) between the different phases does not exist. In the work the ceramic phase is the ternary Ti(CxNy) one with a mixed metallic-ionic-covalent bonds. By changing its chemical composition (by means of different xly ratios) one can change the relative contribution of the metallic bonding and, as a result, to change its wetting ability by the metallic matrix. In the work carried out in an interdisciplinary team from the Technical University of Lodz and the Warsaw University of Technology the wetting angles between the liquid Ti6AI4V alloy and the solid Ti(CxNy) ceramic have been measured in the temperature range 1950 K72050 K and for the values x and y from the interval 071. The results may be useful while designing metaloceramic composites, in particular in the system Ti6AI4V/Ti(CxNy), for which an increased resistance to abrasive wear is being expected as well as an increased load-carrying capacity in comparison with pure metallic material.Podstawowym wymogiem stawianym materiałom kompozytowym jest w szczególności przenoszenie wymaganych obciążeń. Aby sprostać temu zadaniu materiały te muszą być spójne w całej objętości. Przy projektowaniu materiałów wielofazowych, jakimi są kompozyty, oznacza to konieczność zapewnienia dobrej adhezji międzyfazowej tak, aby naprężenia wywołane przez obciążenia zewnętrzne mechaniczne i/lub termiczne) były przenoszone w całej objętości kompozytu. W nowoczesnych materiałach kompozytowych o osnowie z metali lekkich wzmacnianej fazą ceramiczną konieczne jest w szczególności zapewnienie dobrej adhezji na granicy między metalem i ceramiką. Zjawiskiem fizycznym, które determinuje wzajemną adhezję pomiędzy osnową a zbrojeniem jest zwilżanie. Niezadowalającą więź pomiędzy osnową i zbrojeniem wynika z faktu, ze materiały ceramiczne o wiązaniach jonowych i kowalentnych nie są zwilżalne przez ciekle metale i tak zwana granica czysto adhezyjna (bez warstwy pośredniej) nie jest możliwa do utworzenia. W rozpatrywanym przypadku fazą ceramiczną jest trójskładnikowa faza Ti(CxNy) o mieszanym wiązaniu metaliczno-jonowo-kowalentnym. Zmieniając skład chemiczny tej fazy (poprzez zmianę stężeń węgla illub azotu) można zmieniać udział wiązań metalicznych w fazie ceramicznej i tym samym zmieniać jej zwilżalność przez metaliczną osnowę. W pracy wykonanej w interdyscyplinarnym zespole z Politechniki Łódzkiej i Warszawskiej wykonano pomiary kątów zwilżania ceramiki Ti(CxNy) przez stop Ti6Al4V w przedziale temperatur 1950 K 7 2050 K przy wartościach x i y zmieniających się w zakresie (071). Wyniki badań mogą mieć istotne znaczenie przy projektowaniu kompozytów metalowo-ceramicznych, w szczegóIności w układzie Ti6A14V/Ti(CxNy), o dużej odporności na ścieranie i zużycie i zwiększonej zdolności przenoszenia naprężeń. One of the crucial characteristics of the composite materials is their load carrying capacity. To be equal to the task the materials have to be solid (coherent) throughout their volume. It is therefore necessary that when designing the materials the interphase adhesion is as good as possible. In the modern composites with the matrix of a light metal with ceramic reinforcement the adhesion between the metallic and ceramic phases is of crucial importance. The physical phenomenon which predetermines this adhesion is wetting. A weak adhesion between the matrix and reinforcement is due to the fact that ceramics with covalent or ion bonds are not wetted by liquid metals and the pure adhesive binding (without any intermediate layer) between the different phases does not exist. In the work the ceramic phase is the ternary Ti(CxNy) one with a mixed metallic-ionic-covalent bonds. By changing its chemical composition (by means of different xly ratios) one can change the relative contribution of the metallic bonding and, as a result, to change its wetting ability by the metallic matrix. In the work carried out in an interdisciplinary team from the Technical University of Lodz and the Warsaw University of Technology the wetting angles between the liquid Ti6AI4V alloy and the solid Ti(CxNy) ceramic have been measured in the temperature range 1950 K72050 K and for the values x and y from the interval 071. The results may be useful while designing metaloceramic composites, in particular in the system Ti6AI4V/Ti(CxNy), for which an increased resistance to abrasive wear is being expected as well as an increased load-carrying capacity in comparison with pure metallic material.

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 5
• Strony: 647--649
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wendler B.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

autor

Sankowski D.

• Politechnika Łódzka, Katedra Informatyki Stosownej

autor

Senkara J.

• Politechnika Warszawska

autor

Rylski A.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

autor

Pawlak W.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

autor

Kaczmarek Ł.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

autor

Jachowicz M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

• [1] The Titanium Information Group. Issue 6 – płyta CD wydana przez United Kingdom Department of Trade and Industry 2003.
• [2] Tokarski M.: Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych w zarysie. Wydawnictwo Śląsk 1985.
• [3] Miller P.d., Holliday J.W., Wear 2 (1958) 133 – 140.
• [4] Budinski K.G., Wear 151 (1991) 203 – 217.
• [5] Wendler B., Liśkiewicz T., Kaczmarek L., Januszewicz B., Rylska D., Fouvry S., Rylski A., Jachowicz M.: „Oxygen diffusion strengthening of Ti6Al4V alloy in glow discharge plasma”. Proceedings of the 10th World Conference on Titanium “Ti-2003”, Hamburg, 13-17.07.2003r. Ed. G. Lutjering, J. Albrecht, Wiley-VCH, Frankfurt 2004, Vol. II, pp. 905-912.
• [6] Strona internetowa firmy BryCoat Inc. (USA): www.BryCoat.com
• [7] Strona internetowa firmy Automation Creations Inc. (USA): www.MatWeb.com
• [8] Olszyna A. R.: Ceramika supertwarda. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2001.
• [9] Yilbas B. S., Hashmi M. S. J., Shuja S. Z.: Laser treatment and PVD TiN coating of Ti6Al4V alloy. Surface and Coatings Technology 140 (2001) 244 – 250.
• [10] Sun R. L., Yang D. Z., Guo L. X., Dong S. L.: Laser cladding of Ti6Al4V with TiC and TiC+NiCrBSi powders. Surface and Coatings Technology 135 (2001) 307–312.
• [11] Eustathopoulos N., Nicholas M.G., Drevet B.: Wettability at high temperatures. Pergamon Press 1999.