Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Influence of Alloying Additions on High Temperature Interaction Between Molten Compacted Graphite Iron and Alumina

Sobczak N., Bacior M., Turalska P., Bruzda G., Homa M., Sobczak J. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 3

1227--1238

EN

High temperature behavior of three compacted graphite iron (CGi) alloys on polycrystalline aluminasubstrates (99.7%, porosity <3%) were examined by the sessile drop method combined with classical contact heating procedure in flowing Ar. High-speed high-resolution CCd camera was used for continuous recording of the CGi/Al2 O3 couples during melting alloy, heating to and holding the couples at the test temperature of 1450°C for 15 min and their subsequent cooling. The comparative studies were made with conventional CGi (in wt.%: 3.70 C, 2.30 Si, 0.44 Mn, 0.054 P, 0.017 Mg, 0.015 S) and two alloys additionally containing the same amounts of 0.25 Mo, 0.1 V, 0.045 Sn and 0.032 Sb with different concentrations of Mg + Cu additions, i.e. 0.01Mg + 0.33Cu and 0.02Mg + 0.83Cu. All three CGi alloys demonstrated non-wetting behavior on the Al2 O3 substrates while the contact angle values slightly decreased with increase of the Mg + Cu content in the alloy, i.e. 131° (unalloyed CGi), 130° (0.01Mg + 0.33Cu) and 125° (0.02Mg + 0.83Cu). Structural characterization of solidified couples by light microscopy and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy revealed: 1) heterogeneous nucleation of discontinuous graphite layer at the drop-side interfaces and on the surface of the drops; 2) reactively formed Mg-rich oxide layer at the substrate-side interface; 3) the formation of satellite droplets on the surface of the drops during their solidification; 4) degeneration of initially compacted graphite to lamellar graphite after remelting and subsequent solidification of the drops, particularly in their surface layer.

2

High temperature wettability and reactivity between molten Mg in contact with Ni substrate

Kudyba A., Sobczak N., Turalska P., Bruzda G., Makaya A., Pambaguian L.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2018

|

Vol. 58, no. 1

47--53

EN

The paper focuses on the experimental investigation of high temperature wetting behaviour of liquid pure Mg during a contact heating on Ni substrate by the sessile drop method. High temperature wettability test was performed by the classical sessile drop method at T = 700°C for t = 300 s, under flowing Ar 99.999% atmosphere, by using the equipment and testing procedures that have been developed by the Foundry Research Institute. In order to suppress effects of heating and cooling histories on wetting and spreading behaviours, Mg/Ni couple was introduced inside a metallic heater already preheated up to the test temperature, while after the wettability test, it was immediately removed to the cold part of the chamber. During the wettability test, images of the couple were recorded by high-resolution high-speed CCD camera. It was observed, that the wetting phenomenon (θ ≤ 90°) takes place immediately after melting of Mg sample. The Mg/Ni system shows a good wetting at T = 700°C after t = 300 s forming the final contact angle of 18°.

PL

Praca prezentuje wyniki badań wysokotemperaturowego oddziaływania ciekłego Mg w kontakcie z podłożem Ni podczas wspólnego nagrzewania badanej pary materiałów. Wysokotemperaturowe badania zwilżalności przeprowadzono klasyczna metodą kropli leżącej w temperaturze T = 700°C i czasie t = 300 s w gazie przepływowym Ar 99,999%. Do badań zastosowano aparaturę i procedury badawcze opracowane w Instytucie Odlewnictwa. W celu eliminacji wpływu historii nagrzewania i chłodzenia na zwilżalność i rozpływność, badany układ Mg/Ni wprowadzono do gorącej części komory badawczej nagrzanej do temperatury badań. Po badaniach zwilżalności badaną parę materiałów natychmiast wprowadzono do zimnej części komory badawczej. Podczas badań zwilżalności stosowano ciągłą rejestrację obrazu badanej pary materiałów za pomocą wysokorozdzielczej kamery cyfrowej CCD. Zaobserwowano, że zjawisko zwilżania (θ ≤ 90°) zachodzi natychmiast po stopieniu próbki czystego Mg. Układ Mg /Ni wykazuje bardzo dobrą zwilżalność w temperaturze T = 700° C po t = 300 s, a końcowa wartość kąta zwilżania wynosi 18°.

3

Wetting behavior of Si-13.5B alloy on polycrystalline h-BN-based substrates

Polkowski W., Sobczak N., Nowak R., Kudyba A., Bruzda G., Polkowska A., Homa M., Turalska P., Shuleshova O., Kaban I.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2017

|

Vol. 57, no. 4

321--326

EN

In this work, for the first time the results of an experimental evaluation of the high temperature behavior of molten Si-B alloy in contact with refractory materials at temperatures up to 1750°C, under static argon atmosphere (p = 850– 900 mbar), is shown. The material investigated, having a nominal chemical composition of Si-13.5B (at. %), was fabricated by using the crucible-less electric arc-melting process assisted by the levitation drop method. The wettability of the molten alloy in contact with commercial hexagonal boron nitride (h-BN) substrates was evaluated by means of especially developed sessile drop technique combined with a contact heating procedure. It was found that both couples show a lack of wettability in the whole tested temperature range (the measured contact angle was θ > 130°). The more stable behavior in contact with molten Si-13.B alloy, evidenced by higher θ values and a lack of drop vibration during the high temperature exposition, was observed for the h-BN based composite substrate.

4

Wettability, reactivity and interfaces in the Gd/TiO2 system

Turalska P., Homa M., Nowak R., Bruzda G., Sobczak N., Kaban I., Mattern N., Eckert J.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2017

|

Vol. 57, no. 4

303--308

EN

High-temperature interaction of liquid Gd in contact with dense, polycrystalline TiO2 substrate, was investigated. Wettability and reactivity tests were carried out at two different temperatures (1362°C and 1412°C) in flowing gas (Ar, 850−900 hPa) using the sessile drop method and classical contact heating of the examined couple of materials. The procedure was combined with a drop pushing procedure. During high temperature studies, images of the Gd/TiO2 couple were continuously recorded by a high-resolution CCD camera. The results of wettability tests of liquid gadolinium on titanium dioxide substrate show that the Gd/TiO2 system is non-wettable at both test temperatures (in either case the final contact angle was 100°). The results of structure examinations on the cross-sectioned samples show the dissolution of the TiO2 substrate in liquid Gd and the presence of two sublayers at the drop/substrate interface: Gd2TiO5 (from the drop side) and Gd2Ti2O7 (from the substrate side).

5

Thermophysical properties of selected vermicular graphite cast iron alloy

Homa M., Sobczak N., Turalska P., Bruzda G., Bacior M., Warmuzek M., Polkowska A.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2017

|

Vol. 57, no. 4

345--350

EN

The paper presents the results of thermophysical properties of selected vermicular graphite cast iron with nominal chemical composition of 3.70 C; 2.30 Si; 0.44 Mn; 0.054 P; 0.015 S; 0.017 Mg (wt. %). The comparative studies of the alloy were performed using differential scanning calorimetry, dilatometry and laser flash analysis. The calorimetric investigations proved that upon the heating to melting temperature (~1200°C), four endothermic transformations take place: 1) ferromagnetic → paramagnetic at 742°C, 2) pearlite → austenite at 824.2°C, 3) allotropic transformation of bcc ferrite to fcc austenite at 802°C, 4) melting at 1173.1°C. The character of the dilatometric curve shows small deviation at the temperature above 810°C corresponding to the pearlite → austenite transformation. The values of thermal diffusivity and thermal conductivity change throughout the entire examined temperature range. Both curves showed a changeover from negative to positive trends between 700 and 800°C. This effect might be associated with the pearlite → austenite transformation.

6

Zwilżalność i reaktywność ciekłego Gd w kontakcie z ceramiką Al2O3

Turalska P., Sobczak N., Polkowska A., Bruzda G., Kudyba A., Kaban I., Mattern N., Eckert J.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 4

41--48

PL

W niniejszej pracy przeprowadzono badania wysokotemperaturowego oddziaływania ciekłego gadolinu w kontakcie ze zwartym podłożem z tlenku glinu.. Badania zwilżalności i reaktywności wykonano w obojętnym gazie przepływowym (Ar, 850–900 hPa) metodą kropli leżącej z zastosowaniem klasycznej procedury wspólnego nagrzewania badanej pary materiałów w dwóch temperaturach: 1362°C i 1412°C. Podczas testów w badanym układzie Gd/Al2O3 odnotowano cykliczne występowanie zjawiska zwilżalności (kąt zwilżania  < 90°) w obydwu temperaturach, przy czym w temperaturze 1362°C wartości kąta zwilżania zmieniały się w zakresie od 89° do 137° natomiast w temperaturze 1412°C – od 77° do 107°. Badania strukturalne próbki po testach zwilżalności przeprowadzono przy użyciu mikroskopu optycznego i skaningowego mikroskopu elektronowego z emisją polową wspomaganą termicznie. Wykazały one, że ciekły Gd reaguje z podłożem z tlenku glinu, a na granicy rozdziału kropla/podłoże powstaje nowy produkt reakcji – potrójny tlenek GdAlO3.

EN

The paper describes the study on the high temperature interaction of liquid gadolinium in contact with a dense aluminium oxide substrate. Wettability and reactivity tests were performed in inert flow gas (Ar, 850-900 hPa) by the sessile drop method using a classic procedure of contact heating of the tested pair of materials at two temperatures: 1362 °C and 1412 °C. During the tests, in the tested Gd/Al2O3 system the occurrence of the phenomenon of wettability was observed (contact angle < 90°) at both temperatures; at 1362°C the contact angle values varied from 89° to 137° whereas at 1412°C from 77° to 107°. The structural tests of the sample after the wettability tests have been carried out using an optical microscope and a scanning electron microscope equipped with a thermally assisted field emission. They have shown that liquid Gd reacts with Al2O3 substrate and a new reaction product is formed at the interface between the drop/substrate - which was identified as the triple oxide GdAlO3.

7

Wpływ wielkości kropli na kinetykę zwilżania w układzie SAC305/Ni

Turalska P., Sobczak N., Kudyba A, Nowak R., Homa M., Siewiorek A., Boroń Ł., Klasik A.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2015

|

T. 55, nr 2

3--17

PL

Badania wpływu efektu wymiarowego kropli na kinetykę zwilżania niklu bezołowiowym stopem na bazie cyny przeprowadzono metodą kropli leżącej w próżni w temperaturze 260°C. Do badań użyto komercyjny stop lutowniczy na bazie cyny SAC305 (Ag – 3,0% wag., Cu – 0,5% wag.) oraz wypolerowane podłoże niklowe o czystości 99,8%. Podczas testu zwilżalności stosowano osobne nagrzewanie badanej pary materiałów do temperatury badań, umieszczając próbkę stopu w kroplówce grafitowej nad powierzchnią podłoża niklowego. Po osiągnięciu wymaganej temperatury z kapilary wyciskano kroplę stopu i osadzano ją na podłożu. Po 30 sekundach wyciskano kolejną kroplę i osadzano ją na pierwszą, zwiększając tym samym objętość kropli dwukrotnie. Proces dokraplania powtarzano 9 razy co 30 sekund, osiągając 10-krotną objętość kropli w porównaniu do stanu pierwotnego. Po badaniach zwilżalności schłodzoną parę materiałów kropla/podłoże przecinano prostopadle do badanej powierzchni podłoża i poddano badaniom na ścinanie oraz analizie strukturalnej poprzecznego przekroju próbki metodami mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej w połączeniu z lokalną analizą składu chemicznego. Badania zwilżalności nie wykazały istotnych różnic wartości kąta zwilżania ciekłego stopu SAC305 na podłożu niklowym po wielokrotnym dokraplaniu, albowiem wartości kąta zwilżania każdorazowo mierzone w 30. sekundzie kontaktu z podłożem Ni były dla wszystkich 10 kropel zbliżone i wynosiły θ = 35 ±2°. Stwierdzona wysoka powtarzalność pomiarów θ świadczy zarówno o braku występowania efektu wymiarowego w badanym zakresie objętości kropli SAC305, jak i o chemicznej i fizycznej jednorodności powierzchni podłoża. Uzyskane wyniki wskazują na przydatność metody kropli leżącej do oceny jakości powierzchni, szczególnie przydatnej do badań jakości cienkich warstw i pokryć technologicznych stosowanych w procesach łączenia różnorodnych materiałów.

EN

The studies of the drop-size effect on the wetting kinetics of the nickel substrate by lead-free solder were performed by the sessile drop method in a vacuum at a temperature of 260°C. In this work, Sn-based alloy SAC305 (Ag – 3.0 wt. %, Cu – 0.5 wt. %) and polished nickel substrate (99.8%) were used. During the wettability tests, a separate heating of the couple of materials to a test temperature was performed by placing a sample of SAC305 alloy in a graphite capillary above the nickel substrate. After reaching the test temperature, the SAC305 drop was squeezed from the capillary and deposited on the Ni substrate. After 30 seconds, the second drop was squeezed and deposited on the first one, thereby increasing the volume of the drop twice. The process was repeated 9 times every 30 seconds reaching a 10 times larger drop volume, compared to the first drop. After wettability tests, the solidified drop/substrate couple was cooled, cut and subjected to a shear test and structural analysis by optical microscopy, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy analysis. Wettability studies have not shown a significant difference between the values of the contact angle obtained for each drop produced by subsequent adding of nine drops despite their different size of ten drops produced on the substrate, their contact angle values formed after 30 second contact time were similar showing θ = 35 ±2°. High repeatability of the measured contact angle value θ demonstrates not only physical homogeneity of the substrate surface but it presents a lack of size effect over a range of SAC305 drop volume used in this study. The obtained results demonstrate the suitability of the sessile drop method for surface quality evaluation, particularly for quality tests of thin technological layers or coatings used in joining dissimilar materials.

8

Effect of oxidation and mechanical damage of PCBs with OSP finish on their solderability with SAC305 alloy

Kudyba A., Siewiorek A., Sobczak N., Turalska P.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2015

|

T. 55, nr 4

59--66

EN

The paper focuses on the experimental investigation of wetting behavior and solderability of commercial lead-free solder on Printed Circuit Board (PCB) covered with an OSP finish (Organic Surface Protectant) characterized by physical (mechanically scratched) and/or chemical (oxidized in air at 260°C for 1 hour) inhomogeneity of the surface finish. The influence of the quality of the PCB finish on the maximum wetting force Fmax, wetting time t0, the contact angle θ, and the parameters characterizing solderability, were studied. The tests were performed by a wetting balance method with SAC305 solder (Sn-3.0Ag-0.5Cu, wt. %) and commercial flux (EF2200) using MENISCO ST88 apparatus allowing direct measurement of the wetting force Fr and wetting time t0 as well as calculation of the contact angle θ values. The measurements were made at a temperature of 260°C for a contact time of 3 s. For comparison, the tests were also performed on PCBs in delivery state showing average Fmax = 0.9 mN, t0 = 0.58 s and θ = 57°. The results have shown that both oxidation and mechanical damage of the OSP finish have a significant worsening effect on solderability. Scratched OSP finish had an average Fmax = -1.03 mN and θ = 78°. Such surfaces were non-wettable with corresponding values of Fmax = -4.7 mN and θ = 120° for oxidized samples and Fmax = -4.04 mN and θ = 111° for those scratched and oxidized.

PL

W pracy badano zwilżalność i lutowność płytek drukowanych (PCB) z pokryciem OSP, które charakteryzowały się niejednorodnością występującą na powierzchni: były mechanicznie porysowane i/lub utlenione (na powietrzu, w temperaturze 260°C w czasie 1 godziny). Do badań stosowano komercyjny stop bezołowiowy. Określono wpływ jakości pokrycia na wartość maksymalnej siły zwilżania Fmax, czas zwilżania t0 i kąt zwilżania θ, czyli parametrów charakteryzujących lutowność. Badania prowadzono metodą zanurzeniową (meniskograficzną) na aparaturze ST88 MENISCO, która umożliwia bezpośredni pomiar siły zwilżania Fr i czasu zwilżania t0, jak również obliczenie wartości kąta zwilżania θ. Pomiary przeprowadzono w temperaturze 260°C w czasie 3 s. Dla porównania testy przeprowadzono również na płytkach „w stanie dostawy”, uzyskując średnią Fmax = 0.9 mN, t0 = 0,58 s i θ = 57°. Uzyskane wyniki świadczą, że zarówno utlenianie powierzchni, jak i uszkodzenia mechaniczne pokrycia OSP powodują znaczące pogorszenie lutowości płytek PCB. Dla pokrycia OSP, które było porysowane, uzyskano średnio Fmax = -1,03 mN i θ = 78°. Dla próbek utlenionych mierzone wartości wyniosły: Fmax = -4,7 mN i θ = 120°, natomiast dla próbek porysowanych i utlenionych: Fmax = -4,04 mN i θ = 111°.

9

Wpływ zawartości fosforu na zwilżalność podłoży z pokryciem Ni-P lutowiem SAC305

Kudyba A., Sobczak N., Siewiorek A., Turalska P., Klasik A., Bieliński J., Sałacińska A., Kozera R.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2014

|

T. 54, nr 4

51--62

PL

Celem badań było określenie wpływu składu chemicznego pokrycia Ni-P na kinetykę zwilżania ciekłego lutowia SAC305 w kontakcie z pokryciem Ni-P. Badania przeprowadzono w próżni w temperaturze 230°C w czasie 5 minut, stosując metodę kropli leżącej w połączeniu z osobnym nagrzewaniem badanej pary materiałów, pozwalającej na eksperymentalne wyznaczanie wartości kąta zwilżania θ. Do badań użyto stop lutowniczy SAC305 (3% wag. Ag, 0,5% wag. Cu, Sn – osnowa) oraz podłoża niklowe (Ni 99,8% wag.), na które naniesione zostało pokrycie Ni-xP o dwóch różnych zawartościach fosforu (x = 4,3% wag. lub 11,6% wag.). Po badaniach zwilżalności przeprowadzono analizę strukturalną powierzchni próbek metodą skaningowej mikroskopii elektronowej, koncentrując się na obserwacji granicy SAC305/podłoże. W celu określenia wpływu zawartości fosforu w pokryciu Ni-P na wytrzymałość wytworzonych połączeń SAC305/Ni-xP/Ni poprzeczne przekroje próbek poddano testom na ścinanie, stosując udoskonaloną metodę push-off shear test. Stwierdzono, że dla wybranego zakresu 4,3 ≤ P ≤ 11,6 wzrost zawartości fosforu w pokryciu poprawia zwilżalność badanych układów ciekłym lutowiem SAC305, lecz jest to efekt pozorny wynikający z penetracji lutowia w nieciągłości strukturalne powstające w warstwie Ni-11,6P na skutek przemian fazowych. Dla próbki SAC305/ Ni-11,6P/Ni wartość kąta zwilżania θ = 54° jest mniejsza w porównaniu do próbki SAC305/Ni-4,3P/Ni, dla której θ = 75°, przy tym wytrzymałość na ścinanie wytworzonych połączeń praktycznie nie ulega zmianie, wykazując dla próbki SAC305/Ni-11,6P/Ni τmax = 15,6 MPa w porównaniu τmax = 14,2 MPa dla próbki SAC305/Ni-4,3P/Ni.

EN

The aim of this study was to determine the effect of the chemical composition of Ni-P coating on the wettability kinetics of SAC305 liquid solder in contact with the Ni-P coating. The study was conducted in vacuum, at 230°C, for 5 minutes, using the sessile drop method in combination with a separate heating of the two test materials, allowing for experimental determination of the contact angle θ. The study used a SAC305 solder (Sn base, Ag 3 wt. %, Cu 0.5 wt. %) and a nickel substrate (Ni 99.8 wt. %) onto which Ni-xP coating of two different levels of phosphorous was applied (x = 4.3 wt. %, or 11.6 wt. %). After the tests of wettability were performed, structural analysis of the surface of the samples was performed by scanning electron microscopy, focusing on the observation of the border SAC305/substrate. In order to determine the effect of phosphorus in the Ni-P coating on the strength of the SAC305/Ni-xP/Ni joints formed, cross sections of samples were tested for shear strength using the improved method of the push-off shear test. It was found that, for the selected range of 4.3 ≤ P ≤ 11.6, increase in the phosphorus content in the coating improves the wettability of the liquid systems tested with the SAC305 solder, but it is an apparent effect resulting from the solder’s penetration of the structural discontinuities formed in the layer of Ni-11.6P, due to phase transitions. For the SAC305/ Ni-11.6P/Ni sample, value of the contact angle θ = 54° is smaller, as compared to the SAC305/Ni-4.3P/Ni sample, for which θ = 75°, the shear strength of the joints produced shows virtually no changes, for the SAC305/Ni-11.6P/Ni sample τmax = 15.6 MPa, as compared to τmax = 14.2 MPa for the SAC305/Ni-4.3P/Ni sample.

10

Termofizyczne właściwości kompozytów Ag-C domieszkowanych nanorurkami węglowymi

Homa M., Siewiorek A., Gazda A., Sobczak N., Kudyba A., Turalska P., Pietrzak K., Frydman K., Wójcik-Grzybek D., Strojny-Nędza A.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2014

|

T. 54, nr 1

13--24

PL

Praca prezentuje wyniki wstępnych badań materiałów typu Ag-C otrzymanych metodą metalurgii proszków (PM) domieszkowanych nanorurkami węglowymi. Na podstawie przeprowadzonych metodami skaningowej mikroskopii elektronowej badań strukturalnych oraz wykonanych badań właściwości termofizycznych metodami DSC, DIL, LFA stwierdzono, że zastosowana procedura wytwarzania materiałów kompozytowych nie zapewnia zadawalającego rozmieszczenia fazy węglowej w osnowie metalowej. W celu uzyskania poprawy jednorodności materiałów typu Ag-C należy opracować sposób deaglomeracji fazy węglowej.

EN

The paper presents results of preliminary studies on Ag-C materials obtained using the powder metallurgy (PM) method with carbon nanotube doping. Based on structural tests performed using scanning electron microscopy and DSC, DIL and LFA tests of thermophysical properties, it was ascertained that the utilised procedure of producing composite material does not ensure satisfactory distribution of the carbon phase in the metal matrix. In order to improve the uniformity of Ag-C materials, a new method of deagglomerating the carbon phase needs to be developed.