Precursor influence on tribological properties of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts

• Autorzy: Posmyk A. , Myalski J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ prekursora na właściwości tribologiczne kompozytów metalowo-ceramicznych przeznaczonych na elementy lotnicze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the influence of the chemical composition and structure of a glassy carbon precursor on the tribological properties of a metal-ceramic composite, manufactured with the application of this precursor. Two groups of composites containing two different carbon precursors have been manufactured and studied. The first composite contained a glassy carbon precursor embedded from the liquid state in a porous ceramic foam with 90% open porosity. The ceramic foam (Al2O3) is the reinforcing phase and the glassy carbon functions as a solid lubricant. A twofold increase in compressive strength was observed when the foam was present. The foam porosity was reduced to 85% after it was coated with carbon. However, it was good enough for proper infiltration with the liquid matrix alloy. In the case of the second composite, it is a spatial skeleton made of glassy carbon (RCV) which functions both as the reinforcement and solid lubricant. The open porosity of the carbon foam (95%) promoted good infiltration with the matrix alloy. There was no report of holes which were not filled with the matrix alloy within the entire volume of the samples subjected to microscopic tests. The wettability of the foam surface with the matrix alloy is sufficient enough to form strong bonds. The composite containing ceramic foam coated with glassy carbon showed better tribological properties than the composite which contained only carbon foam.

PL

Przedstawiono wpływ składu chemicznego i struktury przestrzennej prekursora węgla szklistego użytego do wytwarzania kompozytów metalowo-ceramicznych na ich właściwości tribologiczne. Wyprodukowano i przebadano dwie grupy kompozytów zawierających dwa różne prekursory węgla. Pierwszy kompozyt zawierał prekursor węgla osadzony ze stanu ciekłego na porowatej piance ceramicznej o porowatości otwartej 90%. Pianka ceramiczna (Al2O3) pełni rolę umocnienia, a węgiel szklisty rolę smaru stałego. Obecność pianki zwiększa wytrzymałość na ściskanie ponad dwukrotnie. Porowatość pianki po pokryciu węglem zmniejszyła się do 85%, ale jest wystarczająca do dobrej infiltracji ciekłym stopem osnowy. W drugim kompozycie rolę zarówno umocnienia, jak i smaru stałego pełni przestrzenny szkielet wykonany z węgla szklistego (RVC). Porowatość otwarta pianki węglowej (95%) pozwoliła na dobrą infiltrację stopem osnowy. W całej objętości przebadanych mikroskopowo próbek nie stwierdzono miejsc niewypełnionych stopem osnowy. Zwilżalność powierzchni pianki stopem osnowy jest wystarczająca do utworzenia trwałego połączenia. Wytrzymałość na ściskanie pianki węglowej (0,52 MPa) jest znacznie mniejsza niż pianki ceramicznej, dlatego właściwości kompozytu zawierającego tylko piankę węglową są gorsze. Podczas ciśnieniowej infiltracji ciekłym stopem osnowy dochodzi do lokalnych pęknięć i uszkodzeń struktury pianki. Drobne elementy pianki zostały przemieszczone. Generalnie, struktura pianki pozwoliła na uzyskanie równomiernego rozmieszczenia węgla szklistego w kompozycie. Właściwości tribologiczne kompozytu zawierającego piankę węglową we współpracy z żeliwem GJL-350 są gorsze niż kompozytu zawierającego piankę ceramiczną pokrytą węglem szklistym wytworzonym z ciekłego prekursora, którym nasączono porowatą piankę. Wytrzymałość na ścinanie pianki węglowej (30 MPa) jest porównywalna z wytrzymałością na ścinanie węgla szklistego wytworzonego podczas pirolizy prekursora osadzonego na piance ceramicznej. Powinno to wpłynąć na zmniejszenie współczynnika tarcia. Jednak małe wartości wytrzymałości na ściskanie powodują zagłębianie się trzpienia żeliwnego w kompozycie i pogarszają warunki współpracy ślizgowej.

Słowa kluczowe

EN

hybrid composite; structure; precursor; glassy carbon; tribological properties; solid lubricant

PL

kompozyty hybrydowe; struktura; prekursor; węgiel szklisty; właściwości tribologiczne; smar stały

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 16--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Posmyk A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Myalski J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Myalski J., Posmyk A., Precursor influence on structure of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts. Composite, Theory and Practice 2015 (by Publisher).
• [2] Potoczek M., Gelcasting of alumina foams using agarose solutions, Ceram. International 2008, 34, 661-667.
• [3] Potoczek M., Myalski J., Śleziona J., Śliwa R., Ceramika porowata do infiltracji metalami wytwarzana metodą żelowania spienionej zawiesiny, Inżynieria Materiałowa 2009, 6 (172), 536-539.
• [4] Goller G., Koty D.P., Tewari S.N., Singh M., Tekin A., Wear and Friction Behavior of Metal Impregnated Microporous Carbon Composites, Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science 1996, 27, 3727-3738.
• [5] Method for production of aluminium-ceramic composite including solid lubricants, Patent application P. 398311 [WIPO ST 10/C PL398311] 2012.
• [6] Posmyk A., Myalski J., The influence of hybrid composites structure on their tribological properties, Composites Theory and Practice 2014, 1, 14, 18-22.
• [7] Posmyk A., Myalski J., Wistuba H., Properties of aluminium-ceramic composite with glassy carbon as solid lubricant designed for automotive applications, Archives of Metallurgy and Materials 2015.
• [8] Duocel Carbon Foam, ERG Materials and Aerospace Corporation, Oakland, CA, 2014.