Manufacturing with Application of Gpi Method and Selected Properties of Al Matrix Composites Reinforced Unidirectionally and Three-Directionally with Carbon Fibres

• Autorzy: Wojtaszek M. , Czulak A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0261

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie metodą infiltracji gazowej i wybrane własności kompozytów na osnowie aluminium, umocnionych jedno i trójkierunkowo włóknami węglowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The discussion of the possibility of application of the GPI (gas pressure infiltration) process to the manufacturing of composites based on selected aluminium alloys reinforced with carbon fibres coated with nickel protective layer, as well as the determination of selected properties of materials obtained using this technique, is presented in the article. The composites reinforced unidirectionally (UD) were produced, the suitable volume fraction of fibres was determined and the proper forming parameters were established. Basing on the obtained results, with application of the same components, the composites reinforced three-directionally (3D) were subjected to infiltration. The preforms were designed and prepared using plaiting and joining methods. The GPI process parameters were verified for the assumed fibre arrangement. Thermal expansion of matrix alloys and composites obtained with application of most favourable parameters was determined and the influence of fibre arrangement and chemical composition of the matrix on the obtained results was analysed. The comparative abrasion tests with application of different velocities were performed for the selected alloy and the composite reinforced unidirectionally. In order to evaluate the changes taking place in the matrix during infiltration, the analysis of chemical composition of composites was performed for materials reinforced unidirectionally, as an example. The correctness of distribution of fibres in the composite matrix was also evaluated by means of microstructure observation as well as non-destructive testing with application of computed tomography technique. The results obtained during the investigations provide information concerning suitability and limitations of the GPI method to the manufacturing of light structural parts from the proposed components.

PL

W pracy podjęto próbę oceny możliwości stosowania procesu infiltracji gazowej do wytwarzania kompozytów na osnowie wybranych stopów aluminium, umocnionych włóknami węglowymi pokrytymi warstwą ochronną niklu a także określenia wybranych właściwości otrzymanych w ten sposób materiałów. Wykonano kompozyty umocnione jednokierunkowo, określono odpowiedni dla nich udział objętościowy włókien i wyznaczono właściwe parametry ich formowania. W oparciu o otrzymane wyniki oraz stosując te same komponenty przeprowadzono proces infiltracji kompozytów umocnionych trójkierunkowo. Do tego celu zaprojektowano i przygotowano preformy z wykorzystaniem metod wyplatania oraz łączenia. Parametry procesu GPI zweryfikowano dla tak przyjętego układu włókien. Określono rozszerzalność termiczną stopów osnowy oraz kompozytów otrzymanych przy zastosowaniu najkorzystniejszych parametrów, ocenie poddano wpływ ułożenia włókien oraz składu chemicznego osnowy na otrzymane wyniki. Dla wybranego stopu i otrzymanego na jego osnowie kompozytu umocnionego jednokierunkowo wykonano porównawcze badania odporności na zużycie ścierne, które prowadzono przy różnej prędkości realizacji testów. W celu oszacowania zmian zachodzących w osnowie podczas infiltracji wykonano na przykładzie tworzyw umocnionych jednokierunkowo analizę składu chemicznego kompozytów. Ocenie poddano także poprawność rozlokowania włókien w osnowie kompozytów, prowadząc w tym celu obserwacje mikrostruktury oraz badania nieniszczące z wykorzystaniem metody tomografii komputerowej. Otrzymane podczas badań wyniki stanowią informację na temat przydatności i ograniczeń w stosowaniu metody GPI do wytwarzania z zaproponowanych komponentów elementów lekkich konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

aluminium matrix composites; carbon fibres; gas pressure infiltration; autoclave; microstructure; dilatometry; wear resistance; non-destructive testing

PL

kompozyt z osnową aluminiową; włókna węglowe; infiltracja gazowa; mikrostruktura; dylatometria; odporność na zużycie; badania nieniszczące

• 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: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 4
• Strony: 1539--1546
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojtaszek M.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Czulak A.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology

Bibliografia

• [1] R. J. Mustafa, Jordan J Mech. Ind. Eng. 4, 246-255 (2010).
• [2] M. Wojtaszek, A. Czulak, M. Gude, Steel Res. Int. 2012, Special Issue: SI, 675-678.
• [3] H. G. Seong, H. F. Lopez, D. P. Robertson, P. K. Rohatgi, Mater Sci Eng A 487, 201-209 (2008).
• [4] C. W. Lee, Il-Ho Kim, W. Lee, S. H. Ko, J. M. Jang, T. W. Lee, Surf Interface Anal 42, 1231-1234 (2010).
• [5] Q. Yang, J. Liu, S. Li, F. Wang, T. Wu, Mater Design 57, 442-448. (2014)
• [6] Archives of Metallurgy and Materials 58, 3, 659-662 (2013).
• [7] Y. X. Zhou, M. Hosur, S. Jeelani, P. K. Mallick, J Mater Sci. 47, 5002-5012 (2012).
• [8] S. Chand. J Mater Sci. 35, 1303-1313 (2000).
• [9] E. Frank, F. Hermanutz, MR. Buchmeiser, Macromol Mater Eng. 297,493-501 (2012).
• [10] Y. Tang, L. Liu, W. Li, B. Shen, W. Hu, Appl Surf Sci. 255, 4393-4400 (2009).
• [11] Y. Zhang, G. Wu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20, 2148−2151 (2010).
• [12] H. Chen, A. T. Alpas, Wear 192, 186-198 (1996).
• [13] T. R. Vijayaram., S. Sulaiman, A. M. S. Hamouda, M. H. M. Ahmad, J. Mater. Process. Technol. 178, 34-38 (2006)
• [14] W. Hufenbach, M. Gude, A. Czulak, J. Śleziona, A. Dolata-Grosz M. Dyzia, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 35, 177-183 (2009).
• [15] E. Hajjari, M. Divandari, A.R. Mirhabibi, Mater Design 31, 2381-2386 (2010).
• [16] Q. Zeng, J. Appl. Polym. Sci. 70, 177-183 (1998).
• [17] Archives of Metallurgy and Materials 59, 2, 545-550 (2014).
• [18] J. F. Silvain, J. M. Heintz, M. Lahaye, J. Mater. Sci. 35, 961-965 (2000).
• [19] A.Urena, J. Rams, M. D. Escalera, M. Sanchez, Compos. Part A- Appl. S. 38, 1947-1956 (2007).
• [20] A. Daoud, Mater Sci Eng A, 391, 114-120 (2005).
• [21] W. Hufenbach, M. Gude, A. Czulak, A. Gruhl, P. Malczyk, F. Engelmann, Proc. Prod. Eng. Innov. & Technol. Future conf., Wroclaw, Poland, 2011, 91-105.
• [22] W. Hufenbach, M. Gude, A. Czulak, F. Engelmann, Kompozyty 10, 143-148 (2010).
• [23] A. Klaine, H. Koch, W. Böhme, Giesserei 97, 34-42 (2010).
• [24] http://www.tohotenax-eu.com/produkte/tenax-kohlenstofffasern/filamentgarn.html (11 June. 2014)