Development of Al-Ti-C porous structures for reinforcing aluminum matrix composites

• Autorzy: Dmitruk Anna , Naplocha Krzysztof

Warianty tytułu

PL

Opracowanie porowatych struktur Al-Ti-C do umacniania kompozytów z osnową aluminiową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Open-porous preforms from Al-Ti-C compounds were successfully ignited and synthesized by combustion synthesis in a microwave field. The reaction course and the temperature were remarkably affected by the preparation method and molarratio of the substrates, as well as the position of the green sample in the microwave field generated by a single mode microwave reactor. The manufactured structures were characterized by SEM investigations. The addition of aluminum powder to the mixture moderates the reaction and temperaturę variations, allowing the course of synthesis in explosive mode to be avoided. Among the reported developed materials the following can be distinguished: Ti-Al intermetallics, titanium carbides and MAX phases belonging to the Ti-Al-C system. The prepared and selected Al-Ti C preforms were subsequently infiltrated with an AlSi12 aluminum alloy by the squeeze casting method. The composite materials exhibit a relatively homogeneous microstructure with low residual porosity and a good reinforcement/matrix interface.

PL

Otwarte porowate preformy ze związków Al-Ti-C z powodzeniem zapalono i zsyntetyzowano poprzez syntezę spaleniową w polu mikrofalowym. Znaczący wpływ na przebieg i temperaturę reakcji miał sposób przygotowania i stosunek molowy sub-stratów oraz położenie próbki w polu mikrofalowym generowanym przez jednomodowy reaktor mikrofalowy. Wytworzone struktury scharakteryzowano za pomocą badań SEM. Dodatek proszku aluminium do mieszaniny łagodzi przebieg reakcji i zmiany temperatury, pozwalając uniknąć przebiegu syntezy w trybie wybuchowym. Spośród wytworzonych materiałów można wyróżnić następujące: fazy międzymetaliczne Ti-Al, węgliki tytanu i fazy typu MAX należące do układu Ti-Al-C. Przygotowane i wyselekcjonowane preformy Al-Ti-C następnie infiltrowano stopem aluminium AlSi12 metodą prasowania ze stanu ciekłego. Materiały kompozytowe wykazują stosunkowo jednorodną mikrostrukturę o niskiej porowatości resztkowej i dobrej granicy faz umocnienie/osnowa.

Słowa kluczowe

EN

Al-Ti-C; preform; SHS synthesis; microwave; metal matrix composite; MAX phase

PL

Al-Ti-C; preforma; synteza SHS; mikrofale; kompozyt metaliczny; faza MAX

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 22, nr 3
• Strony: 172--177
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Dmitruk Anna

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Lightweight Elements Engineering, Foundry and Automation ul. Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370, Wroclaw, Poland

autor

Naplocha Krzysztof

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Lightweight Elements Engineering, Foundry and Automation ul. Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370, Wroclaw, Poland

Bibliografia

• [1] Jokisaari J.R., Bhaduri S., Bhaduri S.B., Microwave activated combustion synthesis of titanium aluminides, Mater. Sci. Eng. A 2005, 394, 385-392, DOI: 10.1016/j.msea.2004.11.059.
• [2] Liu Y., Liu W., Mechanical alloying and spark plasma sintering of the intermetallic compound Ti50Al50, J. Alloys Compd. 2007, 440, 154-157, DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.09.060.
• [3] Rybakov K.I., Semenov V.E., Egorov S.V., Eremeev A.G., Plotnikov I.V., Bykov Y.V., Microwave heating of conductive powder materials, J. Appl. Phys. 2006, 99, DOI:10.1063/1.2159078.
• [4] Fan Y., Yang H., Li M., Zou G., Evaluation of the microwave absorption property of flake graphite, Mater. Chem. Phys. 2009, 115, 696-698, DOI: 10.1016/j.matchemphys.2009.02.010.
• [5] Ignatenko M., Tanaka M., Effective permittivity and permeability of coated metal powders at microwave frequency, Phys. B Condens. Matter 2010, 405, 352-358, DOI: 10.1016/j.physb.2009.08.086.
• [6] Rybakov K.I., Semenov V.E., Microwave heating of electrically conductive materials, Radiophys. Quantum Electron. 2005, 48, 888-895.
• [7] Barsoum M.W., MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH, 2013.
• [8] Arróyave R., Talapatra A., Duong T., Son W., Gao H., Radovic M., Does aluminum play well with others? Intrinsic Al-A alloying behavior in 211/312 MAX phases, Mater. Res. Lett. 2017, 5, 170-178, DOI: 10.1080/21663831.2016.1241319.
• [9] Khoptiar Y., Gotman I., Ti2AlC ternary carbide synthesized by thermal explosion, Mater. Lett. 2002, 57, 72-76, DOI: 10.1016/S0167-577X(02)00701-2.
• [10] Wang Y., Huang Z., Hu W., Cai L., Lei C., Yu Q., et al., Preparation and characteristics of Ti3AlC2-Al3Ti/Al compo- site materials synthesized from pure Al and Ti3AlC2 powders, Mater. Charact. 2021, 178, 111298, DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111298.
• [11] Wang Z., Ma Y., Sun K., Zhang Q., Zhou C., Shao P. et al., Enhanced ductility of Ti3AlC2 particles reinforced pure aluminum composites by interface control, Mater. Sci. Eng. A 2022, 832, 142393, DOI: 10.1016/j.msea.2021.142393.
• [12] Zhai W., Pu B., Sun L., Xu L., Wang Y., He L. et al., Influence of Ti3AlC2 content and load on the tribological behaviors of Ti3AlC2p/Al composites, Ceram. Int. 2022, 48, 1745-1756, DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.09.254.
• [13] Naplocha K., TiC and Al-Ti-C skeletons produced by combustion synthesis, Compos. Theory Pract. 2012, 1, 50-53.
• [14] Naplocha K., Single Mode Microwave Reactor, Advances in Materials Science Research, Vol. 12, Nova Science Publishers, New York, Chapter 11, 2011.
• [15] Naplocha K., Granat K., Combustion synthesis of Al-Cr preforms activated in microwave field, J. Alloys Compd. 2009, 480, 2, 369-375, DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.02.085.
• [16] Yang J., Liao C., Wang J., Jiang Y., He Y., Reactive synthesis for porous Ti3AlC2 ceramics through TiH2, Al and graphite powders, Ceram. Int. 2014, 40, 6739-6745, DOI:10.1016/j.ceramint.2013.11.136.
• [17] Yang J., Liao C., Wang J., Jiang Y., He Y., Effects of the Al content on pore structures of porous Ti3AlC2 ceramics by reactive synthesis, Ceram. Int. 2014, 40, 4643-4648, DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.09.004.
• [18] Chen X., Bei G., Toughening mechanisms in nanolayered MAX phase, Materials 2017, 1-12, DOI: 10.3390/ma10040366.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).