Copper matrix composites reinforced with titanium nitride particles synthesized by mechanical alloying and spark plasma sintering

• Autorzy: Franczak A. , Karwan-Baczewska J.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mafe.2017.43.2.97

Warianty tytułu

PL

Kompozyty na osnowie miedzi umacniane cząstkami azotku tytanu wytworzone w procesie mechanicznej syntezy i iskrowego spiekania plazmowego (SPS)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Copper matrix composites containing ceramic particles such as carbides, borides, or nitrides have attracted much attention over the last few years. The increased interest in such materials has mainly been created by their high electrical and thermal conductivity, good mechanical and tribological properties, and microstructural stability. Among other nitrides, the titanium nitride seems to be considered as an attractive reinforcement due to its high hardness, excellent electrical conductivity, and stability at high temperatures. Moreover, its good corrosion resistance proves the uniqueness of the TiN particles above any other nitrides. In this work, Cu-10 wt.% TiN composite powders were produced by mechanical alloying and sintered by the spark plasma sintering (SPS) technique under different temperatures. The morphology and powder particle size after mechanical synthesis were inspected by a scanning electron microscopy (SEM) for all of the powder samples; chemical composition analyses (EDS) were also performed. The hydrostatic method was used to measure the density of the composite samples to analyze the influence of milling time on the process of consolidation in the composite powders.

PL

Kompozyty na osnowie miedzi zbrojone cząstkami ceramicznymi, m.in. węglikami, borkami i azotkami, w ostatnich latach wzbudziły spore zainteresowanie z uwagi na wysoką przewodność cieplną i elektryczną oraz dobre właściwości mechaniczne i tribologiczne przy równoczesnym zachowaniu stabilnej mikrostruktury. Zastosowanie azotku tytanu jako zbrojenia kompozytu jest korzystne ze względu na: wysoką twardość, doskonałą przewodność elektryczną, odporność na korozję oraz stabilność w wysokich temperaturach. W pracy przedstawiono mieszankę kompozytową Cu-10% wag. TiN, wytworzoną w procesie mechanicznej syntezy, którą następnie poddano spiekaniu za pomocą iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Zbadano mikrostrukturę, wielkość cząstek, a także przeprowadzono analizę składu chemicznego (EDS, Energy Dispersive Spectroscopy) za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Metodą hydrostatyczną wykonano pomiar gęstości wytworzonych spieków w celu analizy wpływu czasu mielenia na proces konsolidacji proszku kompozytowego.

Słowa kluczowe

EN

copper matrix composites; mechanical alloying; spark plasma sintering; titanium nitrides; powder metallurgy

PL

kompozyty na osnowie miedzi; mechaniczna synteza; iskrowe spiekanie plazmowe; azotek tytanu; metalurgia proszków

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 43, no. 2
• Strony: 97--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Franczak A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Department of Materials Science and Non-Ferrous Metals Engineering, Krakow, Poland

autor

Karwan-Baczewska J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Department of Materials Science and Non-Ferrous Metals Engineering, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Copper and Copper Alloys. ASM Specialty Handbook, USA (2001), 446-448
• [2] You J.H.: Copper matrix composites as heat sink materials for water-cooled diverter target. Nuclear Materials and Energy, 5 (2015), 7-18
• [3] Qu X., Zhang L., Wu M., Ren S.: Review of metal matrix composites with high thermal conductivity for thermal management applications. Progress in Natural Science: Materials International, 21, 3 (2011), 189-197
• [4] Zou C., Kang H., Wang W., Chen Z., Li R., Gao X., Li T., Wang T.: Effect of La addition on the particle characteristics, mechanical and electrical properties of in situ Cu-TiB2 composites. Journal of Alloys and Compounds, 687 (2016), 312-319
• [5] Rathod S., Modi O.P., Prasad B.K., Chrysanthou A., Vallauri D., Deshmukh V.P., Shah A.K.: Cast in situ Cu-TiC composites: Synthesis by SHS route and characterization. Materials Science and Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing, 502, 1-2 (2009), 91-98
• [6] Alaneme K.K., Odoni B.U.: Mechanical properties, wear and corrosion behavior of copper matrix composites reinforced with steel machining chips. Engineering Science and Technology, an International Journal, 19, 3 (2016), 1593-1599
• [7] Mikuła J., Łach M.: Kompozyt miedź - tuf wulkaniczny. Wytwarzanie, własności i zastosowania. Czasopismo Techniczne. Mechanika, 108, 3-M (2011), 53-60
• [8] Shojaeepour F., Abachi P., Purazrang K., Moghanian A.H.: Production and properties of Cu/Cr2O3nanocomposites. Powder Technology, 222 (2012), 80-84
• [9] Shehata F., Fathy A., Abdelhameed M., Moustafa S.F.: Preparation and properties of Al2O3nanoparticle reinforced copper matrix composites by in situ processing. Materials and Design, 30 (2009), 2756-2762
• [10] Ying D.Y., Zhang D.L.: Processing of Cu-Al2O3metal matrix nanocomposite materials by using high energy ball milling. Materials Science and Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing, 286, 1 (2000), 152-156
• [11] Sorkhe Y.A., Aghajani H., Taghizadeh Tabrizi A.: Mechanical alloying and sintering of nanostructured TiO2reinforced copper composite and its characterization. Materials and Design, 58 (2014), 168-174
• [12] Manotas-Albor M., Vargas-Uscategui A., Palma R., Mosquera E.: In situ production of tantalum carbide nanodispersoids in a copper matrix by reactive milling and hot extrusion. Journal of Alloys and Compounds, 598 (2014), 126-132
• [13] Wang F., Li Y., Wang X., Koizumi Y., Kenta Y., Chiba A.: In-situ fabrication and characterization of ultrafine structured Cu-TiC composites with high strength and high conductivity by mechanical milling. Journal of Alloys and Compounds, 657 (2016), 122-132
• [14] Kruszewski M., Rosiński M., Grzonka J., Ciupiński L., Michalski A., Kurzydłowski K. J.: Kompozyty Cu-diament o dużym przewodnictwie cieplnym wytwarzane metodą PPS. Materiały Ceramiczne, 64, 3 (2012), 333-337
• [15] Sathiskumar R., Murugan N., Dinaharan I., Vijay S.J.: Characterization of boron carbide particulate reinforced in situ copper surface composites synthesized using friction stir processing. Materials Characterization, 84 (2013), 16-27
• [16] Zhao N., Li J., Yang X.: Influence of the P/M process on the microstructure and properties of WC reinforced copper matrix composite. Journal of Materials Science, 39 (2004), 4829-4834
• [17] Yinan L., Xianbao L., Zhikang Z., Zhang L., Peng Z.: The Microstructure and Wear Resistance of a Copper Matrix Composite Layer on Copper via Nitrogen-Shielded Arc Cladding. Coatings, 6, 4, 67
• [18] Magdy A.M. Ibrahim, Kooli F., Alamri S.N.: Electrodeposition and Characterization of Nickel-TiN Microcomposite Coatings. International Journal of Electrochemical Science, 8, 11 (2013), 12308-12320
• [19] Liu Y., Treadwell D.R., Kannisto M.R., Mueller B.L., Laine R.M.: Titanium Nitride/Carbon Coatings on Graphite Fibers. Journal of the American Ceramic Society, 80, 3 (1997), 705-716
• [20] Suryanarayana C.: Mechanical alloying and milling. Progress in Materials Science, 46 (2001), 1-184
• [21] Lü L., Lai M.O.: Introduction to Mechanical Alloying. Springer Science + Business Media, LLC, New York, 1998, 1-9

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).