Synthesis of Ni3Al composites reinforced by TiC, WC, ZrC, NbC, TaC - carbide particles

• Autorzy: Janas A. , Kolbus A. , Olejnik E.

Warianty tytułu

PL

Synteza kompozytów Ni3Al umacnianych cząstkami węglików TiC, WC, ZrC, NbC oraz TaC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Metal matrix composites (MMCs) dispersion hardened with particles are a product of modern and advanced technology. The functional properties of these materials depend on the type, size and volume fraction of the particles of the reinforcing phase, on the type of matrix, and on the method of fabrication. This study describes composite materials based on nickel aluminide Ni3Al reinforced with ceramic particles of the carbides of metals such as W, Ti, Nb, Zr, and Ta, fabricated by the "in situ" SHSB method patented by the Faculty of Foundry Engineering, AGH University of Science and Technology. The most serious drawbacks of the commonly applied "ex situ" methods are microporosity, gravity segregation, and poor wettability of the particles by the liquid metal matrix. All these drawbacks can be avoided when the "in situ" method is applied. In this paper, the selected method was the "in situ" synthesis of the carbides of titanium, tungsten, zirconium, niobium and tantalum by a spontaneous exothermic reaction taking place in an Ni3Al alloy melt. The selection of the intermetallic compound Ni3Al as the composite matrix was dictated, among others, by its ability to become plastic, and by its high resistance to oxidation in a wide range of temperatures, combined with the high resistance to creep and tribological wear. The particles of TiC, WC, ZrC, NbC, and TaC were selected as the reinforcement of the composites. The techniques used in the investigation microstructures of the experimental materials included scanning microscopy and X-ray microanalysis.

PL

Kompozyty o osnowie metalowej (MMCs) umacniane dyspersyjnymi cząstkami są wytworem nowoczesnej technologii. Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od typu, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy zbrojącej, od doboru osnowy oraz od metody ich wytwarzania. Prezentowana praca przedstawia opis materiałów kompozytowych na osnowie aluminidu niklu Ni3Al, umacnianego cząstkami ceramicznymi węglików takich metali, jak W, Ti, Nb, Zr i Ta, wytworzonych metodą "in situ" SHSB opatentowaną na Wydziale Odlewnictwa AGH. Największymi wadami powszechnie stosowanej metody "ex situ" są: mikroporowatość kompozytów, segregacja grawitacyjna oraz zła zwilżalność cząstek przez ciekłą osnowę metaliczną. Wad tych można uniknąć, stosując wybraną w niniejszej pracy metodę "in situ" syntezy węglików tytanu, wolframu, cyrkonu, niobu i tantalu drogą samorzutnej reakcji egzotermicznej w kąpieli stopu Ni3Al. Wybór jako osnowy związku międzymetalicznego Ni3Al podyktowany był między innymi możliwością jego uplastycznienia, wysoką odpornością na utlenianie w szerokim zakresie temperatur, a także wysoką odpornością na pełzanie i zużycie trybologiczne. Jako umocnienie kompozytów wybrano cząstki następujących węglików: TiC, WC, ZrC, NbC oraz TaC. Do badań strukturalnych otrzymanych materiałów wykorzystano metody mikroskopii skaningowej oraz mikroanalizy rentgenowskiej.

Słowa kluczowe

EN

composite in situ; intermetallic phase; SHSB process; exothermic reaction; metal carbides of TiC, WC, ZrC, NbC, TaC

PL

kompozyt in situ; faza międzymetaliczna; proces SHSB; reakcja egzotermiczna; węgliki metali TiC, WC, ZrC, NbC, TaC

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 114--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janas A.

autor

Kolbus A.

autor

Olejnik E.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, ul. Reymonta 23, 31-266 Krakow, Poland,

Bibliografia

• [1] Froyen L., In situ processing of metal matrix composites, Proccedings of the International Conference on Light Alloys and Composites, Zakopane 1999, 15-29.
• [2] Fraś E., Janas A., Kolbus A., Lopez H., Synthesis of composites in situ Al/TiC by SHSB method, IV Scientific Conference, PMTK - Composites 2000, Jaszowiec 2000, 201-207.
• [3] Janas A., Doctor’s Thesis, AGH, Cracow 1998.
• [4] Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E., Matrix-particle interphase boundaries of the selected in situ and ex situ composites MMCs, Archives of Foundry 2006, 18, 297-304.
• [5] Ibrahim A., Mohamed F., Lavernia E., Particulate reinforced metal-matrix composites - a review, Journal of Materials Science 1997, 26, 1137-1156.
• [6] Huang S.C., Taub A.I., Chang K.M., Acta Metallurgica 1984, 32, 1703.
• [7] Deevi S.C., Sikka V.K., Processing and Applications of Intermetallics 1996, 4, 357.
• [8] Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E., Cast Ni3Al/MeC (Me-W, Zr) composites in situ, Archives of Foundry 2006, 18, 317-324.
• [9] Stolarz S., High-melting compounds and phases, WŚ, Katowice 1978.
• [10] Zuhair Munir A., Anselmi-Tamburini U., Self-propagating exothermic reactions. The synthesis of high-temperature materials by combustion, Materials Science Reports 1989, 3, 277-365.
• [11] Merzhanow A.G., Combustion processes that synthesize materials, Journal of Materials Processing Technology 1996, 56, 222-241.