PL
 |
EN
Preferencje help
Polish version English version Język
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 49

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
1
Content available Mechanical and Thermal Properties of Aluminum Foams Manufactured by Investment Casting Method
Dmitruk Anna, Kapłon H., Naplocha K.
Archives of Foundry Engineering
|
2022
|
Vol. 22, iss. 1
37--42
EN
A method for the open-cell aluminum foams manufacturing by investment casting was presented. Among mechanical properties, compressive behaviour was investigated. The thermal performance of the fabricated foams used as heat transfer enhancers in the heat accumulator based on phase change material (paraffin) was studied during charging-discharging working cycles in terms of temperature distribution. The influence of the foam on the thermal conductivity of the system was examined, revealing a two-fold increase in comparison to the pure PCM. The proposed castings were subjected to cyclic stresses during PCM’s subsequent contraction and expansion, while any casting defects present in the structure may deteriorate their durability. The manufactured heat transfers enhancers were found suitable for up to several dozen of cycles. The applied solution helped to facilitate the heat transfer resulting in more homogeneous temperature distribution and reduction of the charging period’s duration.
2
Content available A Comparative Study of the Feasibility of Cellular MAX Phase Preforms Formation by Microwave-Assisted SHS and SPS Techniques
Dmitruk A., Lagos M., Naplocha K., Egizabal P.
Archives of Metallurgy and Materials
|
2020
|
Vol. 65, iss. 2
575--582
EN
Two methods were evaluated in terms of manufacturing of MAX phase preforms characterized with open porosity: microwave-assisted self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and spark plasma sintering (SPS). The main purpose of fabrication of such open-porous preforms is that they can be successfully applied as a reinforcement in metal matrix composite (MMC) materials. In order to simulate the most similar conditions to microwave-assisted SHS, the sintering time of SPS was significantly reduced and the pressure was maintained at a minimum value. The chosen approach allows these two methods to be compared in terms of structure homogeneity, complete reactive charge conversion and energy effectivity. Study was performed in Ti-Al-C system, in which the samples were compacted from elemental powders of Ti, Al, C in molar ratio of 2:1:1. Manufactured materials after syntheses were subjected to SEM, XRD and STEM analyses in order to investigate their microstructures and chemical compositions. As was concluded, only microwave-assisted SHS synthesis allows the creation of MAX phases in the studied system. SPS technique led only to the formation of intermetallic secondary phases. The fabrication of MAX phases’ foams by microwave-assisted SHS presents some interesting advantages compared to conventional manufacturing methods. This work presents the characterization of foams obtained by microwave-assisted SHS comparing the results with materials produced by SPS. The analysis of SPS products for different sintering temperatures provided the better insight into the synthesis of MAX phases, supporting the established mechanism. Dissimilarities in the heating mechanisms that lead to the differing synthesis products were also discussed.
3
Content available Processing of Porous NiTi Preforms for NiTi/Mg Composites
Kucharczyk A., Naplocha K., Tomanik M.
Archives of Metallurgy and Materials
|
2019
|
Vol. 64, iss. 2
747--752
EN
NiTi alloys are successfully used in engineering and medical applications because of their properties, such as shape memory effect, superelasticity or mechanical strength. A composite with Mg matrix, due to its vibration damping properties, can be characterized by low weight and good vibration damping properties. In this study, a combination of two techniques was used for successful fabrication of Mg composite reinforced by NiTi alloy preform. The porous preforms synthesized by Self-propagating Hightemperature Synthesis (SHS) from elemental powders were subsequently infiltrated with Mg by squeeze casting. The effects were examined with scanning electron microscope with EDS detector, X-ray diffraction and microindentation. The inspection has shown well-connected matrix and reinforcement; no reaction at the interface and open porosities fully infiltrated by liquid Mg. Moreover, analysis of samples’ fracture has exhibited that crack propagates inside the Mg matrix and there is no detachment of reinforcement.
4
Content available Design of Honeycomb Structures Produced by Investment Casting
Naplocha K., Dmitruk A., Mayer P., Kaczmar J. W.
Archives of Foundry Engineering
|
2019
|
iss. 4
76--80
EN
Investment casting combined with the additive manufacturing technology enables production of the thin-walled elements, that are geometrically complex, precise and can be easy commercialized. This paper presents design of aluminium alloy honeycombs, which are characterized with light structure, internal parallel oriented channels and suitable stiffness. Based on 3D printed pattern the mould was prepared from standard ceramic material subjected subsequently to appropriate heat treatment. Into created mould cavity with intricate and susceptible structure molten AC 44200 aluminium alloy was poured under low pressure. Properly designed gating system and selected process parameters enabled to limit the shrinkage voids, porosities and misruns. Compression examination performed in two directions showed different mechanisms of cell deformation. Characteristic plateau region of stress-strain curves allowed to determine absorbed energy per unit volume, which was 485 or 402 J/mm3 depending on load direction. Elaborated technology will be applied for the production of honeycomb based elements designated for energy absorption capability.
5
Content available Właściwości materiałów kompozytowych na osnowie stopu aluminium EN AW-2024 i miedzi
Kurzawa A., Naplocha K., Kaczmar J. W.
Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
|
2018
|
z. 90 [298], nr 3
335--344
PL
W pracy zostały przedstawione wyniki badań wpływu umocnienia stopu EN AW-2024 cząstkami ceramicznymi α-Al2O3 oraz miedzi włóknami Saffil na wybrane właściwości mechaniczne. Materiały kompozytowe zostały wytworzone odlewniczą metodą infiltracji pod ciśnieniem preform ceramicznych charakteryzujących się porowatością otwartą. Stabilność termiczną oraz odporność na deformacje preform w trakcie procesu infiltracji zapewniono przez zastosowanie do ich budowy spoiwa krzemionkowego i odpowiedniej obróbki termicznej. W pracy, opierając się na badaniach struktury i analizy powierzchni przełomów badanych po wytrzymałościowych próbach technologicznych, wykazano wpływ umocnienia na mechanikę tworzenia złomu. Przeprowadzone badania wytworzonych materiałów potwierdziły ponadto ich bardzo dobre właściwości mechaniczne oraz eksploatacyjne, takie jak twardość i odporność na ścieranie, co tworzy zakres ich potencjalnych zastosowań w budowie środków transportu naziemnego.
EN
In this paper investigations of the strengthening effect of α-Al2O3 particles and Saffil alumina fibres on the EN AW-2024 aluminium alloy matrix as well as Cu based composites on selected mechanical properties were presented. The examined composite materials were produced by pressure infiltration of open porosity preforms. Thermal stability and resistance to deformation of the preforms during the infiltration were provided by using a silica binder for reinforcing their structure and appropriate heat treatment. On the basis of microstructure and surface analysis of fractures obtained during strength investigations the effect of reinforcement and crack development were demonstrated. Performed tests of manufactured materials have also confirmed their superior mechanical and service properties, such as hardness and abrasion resistance, which widens the scope of their potential application.
6
Content available remote Thermal properties of Al alloy matrix composites reinforced with MAX type phases
Dmitruk A., Naplocha K., Strojny-Nędza A.
Composites Theory and Practice
|
2018
|
R. 18, nr 1
32--36
EN
A method was developed for manufacturing Al-Si alloy matrix composites reinforced with MAX phases by squeeze casting pressure infiltration of porous preforms. MAX phases in the Ti-Al-C system were synthesized using self-propagating hightemperature synthesis (SHS) in the microwave assisted mode in order to obtain spatial structures with open porosity consisting of a mixture of Ti2AlC and Ti3AlC2. The manufactured composite together with a reference sample of sole matrix material were subjected to the testing of thermal properties such as: thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal expansion in the temperature range of 50÷500°C, which corresponds to the expected working temperatures of the material. The specific heat and mass change during heating were also established by means of thermogravimetric analysis. The obtained thermal conductivity coefficients for the Al-Si+Ti-Al-C composite were higher than for the sole MAX phases and equaled 27÷29 W/m·K. The thermal expansion values for the composite material were reduced two-fold in comparison with the matrix.
PL
Opracowano metodę wytwarzania kompozytów na osnowie stopu Al-Si wzmocnionego fazami typu MAX metodą infiltracji ciśnieniowej porowatych preform. Fazy typu MAX syntezowano metodą samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS), wspomaganej mikrofalami w układzie Ti-Al-C, w celu uzyskania przestrzennych struktur o porowatości otwartej z mieszaniny faz Ti2AlC i Ti3AlC2. Wytworzone materiały kompozytowe wraz z próbką referencyjną w postaci materiału osnowy poddano badaniom właściwości cieplnych, tj. przewodności cieplnej, dyfuzyjności cieplnej oraz rozszerzalności cieplnej w zakresie temperatur 50÷500°C, który przyjęto jako spodziewany zakres temperatur pracy wytworzonych materiałów. Wyznaczono również wartości ciepła właściwego oraz, za pomocą analizy termograwimetrycznej, zmiany masy w stosunku do zmiany temperatury. Uzyskane współczynniki przewodności cieplnej dla materiału kompozytowego Al-Si+Ti-Al-C były wyższe niż dla samych faz typu MAX i wynosiły 27÷29 W/m·K. Zmierzone wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej dla materiału kompozytowego były dwukrotnie niższe w odniesieniu do materiału osnowy.
7
Content available remote Microwave assisted self-propagating high-temperature synthesis of Ti3SiC2 MAX phase
Dmitruk A., Naplocha K., Lagos M., Egizabal P., Grzęda J.
Composites Theory and Practice
|
2018
|
R. 18, nr 4
241--244
EN
A method was developed to manufacture Ti3SiC2 MAX phase preforms characterized by open porosity. Samples compacted from elemental powders of Ti, SiC and C with the molar ratio of 3:1.2:1 were heated and synthesized in a microwave field under atmospheric pressure. As this particular composition of elements exhibits rather low reactivity, it was necessary to apply the “coupled” mode of the SHS method. The initiated synthesis first proceeded with the formation of Si-Ti intermetallic and TiC precipitates, whose highly exothermic reactions resulted in a significant increase in temperature to ca. 1800°C. Next, these phases were almost completely transformed into a plate-like Ti3SiC2 MAX phase forming the porous structure of the samples. Although the majority of the synthesized material consisted of Ti3SiC2, some inclusions such as TiSi2, TiC and SiC were also found and identified in the material by the means of scanning electron microscopy and XRD analysis. The manufactured preforms can be used for components working in extreme conditions (heat exchangers, catalyst substrates, filters) or as a reinforcement for composite materials.
PL
Opracowano metodę wytwarzania preform fazy Ti3SiC2 typu MAX o porowatości otwartej. Sprasowane z proszków elementarnych Ti, SiC i C w stosunku molowym 3:1.2:1 próbki ogrzewano i syntetyzowano w polu mikrofalowym pod ciśnieniem atmosferycznym. Ponieważ ta szczególna kompozycja pierwiastków wykazuje relatywnie niską reaktywność, konieczne było zastosowanie "sprzężonego" trybu metody SHS. Po inicjacji syntezy jako pierwsze wytworzone zostają fazy: Si-Ti i TiC, pomiędzy którymi zachodzą wysoce egzotermiczne reakcje powodujące gwałtowny wzrost temperatury do ok. 1800°C. Następnie fazy te są niemal całkowicie przekształcane w płytkowe wydzielenia fazy Ti3SiC2 typu MAX, formując jednocześnie porowatą strukturę kształtek. Pomimo faktu, iż w przeważającej część otrzymany materiał stanowiło Ti3SiC2, znaleziono w nim również niewielkie ilości wtrąceń, które za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz analizy składu chemicznego metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) zidentyfikowano jako TiSi2, TiC i SiC. Wytworzone preformy mogą znaleźć zastosowanie w budowie elementów pracujących w ekstremalnych warunkach (wymienniki ciepła, katalizatory, filtry) lub jako wzmocnienia materiałów kompozytowych.
8
Content available Manufacturing of Al Alloy Matrix Composite Materials Reinforced with MAX Phases
Dmitruk A., Naplocha K.
Archives of Foundry Engineering
|
2018
|
Vol. 18, iss. 2
198--202
EN
A method for manufacturing of Al-Si alloy (EN AC-44200) matrix composite materials reinforced with MAX type phases in Ti-Al-C systems was developed. The MAX phases were synthesized using the Self-propagating High-Temperature Synthesis (SHS) method in its microwave assisted mode to allow Ti2AlC and Ti3AlC2 to be created in the form of spatial structures with open porosity. Obtained structures were subjected to the squeeze casting infiltration in order to create a composite material. Microstructures of the produced materials were observed by the means of optical and SEM microscopies. The applied infiltration process allows forming of homogeneous materials with a negligible residual porosity. The obtained composite materials possess no visible defects or discontinuities in the structure, which could fundamentally deteriorate their performance and mechanical properties. The produced composites, together with the reference sample of a sole matrix material, were subjected to mechanical properties tests: nanohardness or hardness (HV) and instrumental modulus of longitudinal elasticity (EIT).
9
Content available remote Tribological properties of Al matrix composites reinforced with MAX type phases
Dmitruk A., Naplocha K.
Composites Theory and Practice
|
2017
|
R. 17, nr 2
90--96
EN
A method was developed to manufacture Al-Si alloy matrix composites reinforced with MAX phases by squeeze casting pressure infiltration of porous preforms. The MAX phases were synthesized using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the microwave assisted mode. For the produced composites abrasive wear resistance tests were carried out using the pin-on-flat method with reciprocating motion for different load values (0.1, 0.2 and 0.5 MPa), while maintaining other parameters (sliding distance, speed) constant. The sliding distance equaled 2000 m with the average speed of 0.3 m/s, whereas the flat counterpart was made of CT70 tool steel with the hardness of 67 HRC and roughness Ra = 0.4÷0.6. Before testing both of the tribosurfaces were degreased with acetone. Volumetric sample consumption was investigated and changes in the structure of the working surfaces were analyzed. Optical and scanning electron microscopy analysis were also performed and elaborated in order to facilitate understanding and interpretation of the wear mechanisms. It was confirmed that the composite materials exhibit more than two times higher wear resistance than that of the matrix itself. The wear rate of the matrix falls within the range of 3.5÷5.5-10−4mm3/Nm, while for the composite material - 1.3÷2.4-10−4 mm3/Nm. In the Al-Si matrix the main wear mechanism was identified to be based on plastic deformation composed of scaling and cracking processes, while for the MAX phase composite it is principally abrasive wear leading to pre-fracture, delamination and extraction of MAX phase platelets.
PL
Opracowano metodę wytwarzania kompozytów na osnowie stopu Al-Si wzmocnionego fazami typu MAX metodą infiltracji ciśnieniowej porowatych preform. Fazy typu MAX syntezowano metodą samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) wspomaganej mikrofalami. Dla wytworzonych kompozytów przeprowadzono badania odporności na zużywanie ścierne metodą pin-on-flat realizującą ruch posuwisto-zwrotny dla różnych wartości obciążenia (0,1, 0,2 i 0,5 MPa) przy zachowaniu pozostałych parametrów (droga ścierania, prędkość) stałych. Droga ścierania wynosiła 2000 m przy prędkości średniej 0,3 m/s, zaś przeciwpróbka wykonana była ze stali. Zbadano objętościowe zużycie próbki oraz przeanalizowano zmiany w strukturze powierzchni współpracujących. Przeprowadzono analizę mikroskopową metodami mikroskopii optycznej i skaningowej w celu ułatwienia zrozumienia i interpretacji mechanizmów zużycia. Potwierdzono, że materiały kompozytowe wykazują ponad dwa razy większą odporność na zużywanie ścierne od materiału osnowy. Współczynnik zużycia osnowy wynosił 3,5÷5,5x10−4 mm3/Nm, podczas gdy dla materiału kompozytowego był równy 1,3÷2,4⋅10−4 mm3/Nm. W przypadku osnowy Al-Si zaobserwowano mechanizm zużycia oparty na odkształceniu plastycznym, zaś dla kompozytu wzmocnionego fazami typu MAX było to głównie zużywanie ścierne, prowadzące do powstania pęknięć, delaminacji i ekstrakcji fragmentów płytek faz typu MAX.
10
Content available remote Microwave assisted self-propagating high-temperature synthesis of Ti2AlC MAX phase
Koniuszewska A., Naplocha K.
Composites Theory and Practice
|
2016
|
R. 16, nr 2
109--112
EN
A novel manufacturing method of Ti2AlC MAX phases with TiC carbides was elaborated. Compacted from elemental powders, the samples were heated and synthesized in a microwave field under atmospheric pressure. Microwave radiation selectively heats the reactant particles, though additional SiC support was required. Graphite can be classified as a good absorber whereas in Al, Ti metallic particle electric eddy currents are induced only on the surface. Microwaves heat material from the inside to the outside and usually concentrate on the interface between materials with a different dielectric loss factor. Therefore, it is possible to induce and conduct the reaction, on the microscale, at metal-ceramic or even metal-metal contact points. Energy was transferred from the magnetron through the waveguide and after a few seconds synthesis began and spread to the entire volume of the cylindrical sample. The initiated SHS synthesis first proceeded with the formation of Al-Ti intermetallic and TiC precipitates whose highly exothermic reactions resulted in a significant increase in temperature to ca. 1600°C. Next, these phases are almost completely transformed into plate-like Ti-Al-C MAX phases forming a porous structure of the samples. Such materials can be ideal for components working in extreme conditions (heat exchangers, catalyst substrates, filters) or for composite reinforcing.
PL
Opracowano metodę wytwarzania MAX faz typu Ti2AlC zawierającej wtrącenia węglików TiC. W celu zainicjowania syntezy wypraskę z proszków nagrzewano w polu mikrofalowym pod ciśnieniem atmosferycznym. Promieniowanie mikrofalowe selektywnie nagrzewa proszki substratów, jednakże zastosowano dodatkowo podkładkę wykonaną z SiC, która pełniła rolę absorbera. Grafit jest uważany za materiał dobrze pochłaniający energię mikrofalową, natomiast na powierzchni drobnych cząstek metalicznych Al, Ti są indukowane prądy elektryczne, co przy określonej oporności skutkuje wzrostem temperatury. Mikrofale nagrzewają materiał od wewnątrz i często koncentrują się na styku pomiędzy materiałami o różnym współczynniku strat dielektrycznych. W związku z tym możliwe jest indukowanie i kontrolowanie reakcji na styku cząstek metal-ceramika czy nawet metal-metal. Energia mikrofalowa była przenoszona z magnetronu, za pomocą falowodu, do komory procesowej, aby po kilku sekundach uruchomić syntezę SHS, która rozprzestrzeniała się w całej objętości cylindrycznej próbki. Po zainicjowaniu reakcji powstawały związki międzymetaliczne typu Ti-Al oraz węgliki TiC, co wydzielało znaczne ilości ciepła, powodując wzrost temperatury do ok. 1600°C. Następnie, związki te prawie całkowicie przekształcają się w płytkowe Ti-Al-C MAX fazy, które w makroskali tworzą porowatą strukturę próbki. Materiały takie mogą być wykorzystane na elementy pracujące w ekstremalnych warunkach (wymienniki ciepła, katalizatory, filtry) lub jako umocnienie materiałów kompozytowych.
11
Content available Enhancement of Heat Transfer in PCM by Cellular Zn-Al Structure
Naplocha K., Koniuszewska A., Lichota J., Kaczmar J. W.
Archives of Foundry Engineering
|
2016
|
Vol. 16, iss. 4
91--94
EN
Development of open cellular metal foam technology based on investment casting applying the polyurethane pattern is discussed. Technological process comprises preparing of the ceramic mold applying PUR foam as the pattern, firing of the mold, pouring of the liquid Zn-Al alloy into the mold and washing out of the ceramic material from cellular casting. Critical parameters such as the temperature of mold and poured metal, design of gating system affected by metalostatic pressure allowed to produce castings with cellular structure characterized by the open porosity. Metal cellular foams with the open porosity embedded in phase change material (PCM) enhance heat transfer and reduce time operations in energy storage systems. Charging and discharging were performed at the laboratory accumulator by heating and cooling with flowing water characterized by the temperatures of 97-100ºC. Temperature measurements were collected from 7 different thermocouples located in the accumulator. In relation to the tests with pure paraffin, embedding of the metal Zn-Al cellular foam in paraffin significantly decreases temperature gradients and melting time of paraffin applied as PCM characterized by the low thermal conductivity. Similarly, reduction of discharging time by this method improves the efficiency of thermal energy storage system applied in solar power plants or for the systems of energy efficient buildings.
12
Content available Zastosowanie lekkich elementów z kompozytów polimerowych i metalowych w budowie środków transportu
Koniuszewska A., Naplocha K., Kaczmar J. W.
TTS Technika Transportu Szynowego
|
2015
|
R. 22, nr 12
2650--2656
PL
W pracy scharakteryzowano właściwości i możliwości zastosowania materiałów kompozytowych w budowie środków transportu. Omówiono zarówno materiały kompozytowe na osnowie polimerowej jak i na osnowie stopów metali. Zestawiono najnowsze przykłady zastosowania materiałów kompozytowych w transporcie.
EN
The paper characterizes the properties and application of composite materials in the means of transportation. There are discussed the Polymer Matrix Composites and the Metal Matrix Composites as well. It presents the actual examples of the application of composite materials in the transportation.
13
Content available remote Cu based composite materials reinforced with Al-Cr preform produced by reactive melt infiltration
Naplocha K.
Composites Theory and Practice
|
2015
|
R. 15, nr 2
78--82
EN
Composite materials were produced by reactive infiltration of a porous intermetallic Al9Cr4 preform whose structure was developed during combustion synthesis. Compacts of Al and Cr powders with a stoichiometric ratio of Al/Cr equal to 9/4 were placed and ignited in a microwave reactor. Due to the low enthalpy of the reaction, the samples were preheated. The reaction starts with partial melting of the Al particles producing a homogeneous structure with open porosity. The synthesis proceeded by intermediate phase transformations reaching a maximum temperature of ca. 1000°C. Next, the preforms were pressure infiltrated with molten Cu with interfacial diffusion of the composite elements. The intermetallic compound decomposed releasing Al which saturated the matrix and formed a Cu9Al4(Cr) phase. Simultaneously, the preform transformed into a mixture of globular precipitates of Cr52Al35Cu13 embedded in the Cu47Al41Cr12 phase. The produced composite materials exhibit significant heat and oxidation resistance. The developed protective layer was composed of Al2O3 oxides doped with Cr and Cu and growth with parabolic oxidation kinetics.
PL
Materiały kompozytowe wytwarzano metodą infiltracji reaktywnej porowatych międzymetalicznych preform Al9Cr4, których strukturę wykształcono poprzez syntezę spaleniową. Wypraskę z mieszaniny proszków Al oraz Cr o stosunku stechiometrycznym Al/Cr równym 9/4 umieszczano w reaktorze mikrofalowym, gdzie inicjowano syntezę. Z powodu niskiej entalpii reakcji próbki wstępnie podgrzewano, a reakcja rozpoczynała się od częściowego nadtopienia cząstek Al i rozprzestrzeniała na całą próbkę, tworząc jednorodną strukturę z otwartą porowatością. W trakcie syntezy powstawały fazy pośrednie, a jej maksymalna temperatura dochodziła do ok. 1000°C. Tak przygotowane preformy poddawano infiltracji ciśnieniowej ciekłą Cu, podczas której dochodziło do dyfuzji i wymiany pierwiastków pomiędzy osnową a umocnieniem. Związek międzymetaliczny uwalniał Al, które nasycało osnowę i ostatecznie tworzyło związek Cu9Al4(Cr). Równocześnie preforma przekształcała się w mieszaninę globularnych wydzieleń Cr52Al35Cu13 osadzonych w związku Cu47Al41Cr12. Wytworzone kompozyty cechują się wysoką odpornością na utlenienie w podwyższonych temperaturach. W trakcie utleniania rozwija się zwarta ochronna warstewka tlenków Al2O3 domieszkowana Cr i Cu. Jej powolny wzrost ma charakter paraboliczny.
14
Content available Manufacturing of Porous Al-Cr Preforms for Composite Reinforcing Using Microwave Activated Combustion Synthesis
Naplocha K., Granat K.
Archives of Metallurgy and Materials
|
2014
|
Vol. 59, iss. 3
1125--1127
EN
The combustion synthesis of porous skeletons (preforms) of intermetallic Al–Cr compounds intended for metal matrix composite MMC reinforcing was developed. Mixture of Al and Cr powders with granularity of −10, −44, −74mm were cold isostatic pressed and next ignited and synthetized in a microwave reactor under argon atmosphere (microwave-activated combustion synthesis MACS). In order to ignite the synthesis, microwave energy was focused by a tuner on the specimen. The analysis of reaction temperature diagrams revealed that the synthesis proceeded through the following peritectic transformations: L(liquidus)+Al7Cr→L+Al11Cr2→L+Al4Cr. Moreover, EDS and XRD examinations showed that the reaction proceeded between a solid Cr and a liquid Al to create a distinct envelope of Al9Cr4 on Cr particle which next extended and spreaded over the entire structure. The produced preforms with uniform structure and interconnected porosity were infiltrated with liquid Cu and Al alloy. The obtained composite materials exhibited high hardness, wear and distinct temperature oxidation resistance.
PL
Wytworzono poprzez syntezę spaleniową porowate preformy (szkielety) ze związków międzymetalicznych Al-Cr do umacniania materiałów kompozytowych o osnowie metalowej. Sprasowane na zimno, jednoosiowo (CIP) mieszaniny proszków Al i Cr o ziarnistości −10, −44, −74mm podgrzewano w reaktorze mikrofalowym w atmosferze argonu. W celu zainicjowania syntezy wykorzystano proces aktywacji mikrofalami MACS (microwave-activated combustion synthesis) skupiając promieniowanie na powierzchni próbki za pomocą stroika falowodowego. Na podstawie analizy krzywych temperatur ATD określono przebieg syntezy z następującymi przemianami perytektycznymi:: L(liquidus)+Al7Cr→L+Al11Cr2→L+Al4Cr. Ponadto, analiza chemiczna EDS oraz fazowa XRD wykazały, że reakcja przebiega pomiędzy proszkiem Cr oraz ciekłym Al tworząc wyraźną otoczkę ze związku Al9Cr4 na cząstkach Cr, które z postępem reakcji rozszerzają się i zanikają. Wytworzone preformy o jednorodnej strukturze z otwartymi porowatościami użyto do infiltracji ciekłym Al oraz Cu i wytworzenia kompozytów. Charakteryzowały się one dużą twardością, odpornością na ścieranie oraz odpornością na utlenianie w wysokiej temperaturze.
15
Materiały kompozytowe umacniane preformami wytworzonymi w procesie wysokotemperaturowej syntezy w polu mikrofalowym
Naplocha K.
Prace Naukowe Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej. Monografie
|
2013
|
Vol. 89, nr 29
164--164
PL
Przedstawiono problematykę wytwarzania materiałów kompozytowych metodą infiltracji ciśnieniowej obejmującą przygotowanie porowatych preform, nagrzewanie mikrofalowe, prasowanie ze stanu ciekłego oraz badania podstawowych właściwości mechanicznych. Zaadaptowano samorozprzestrzeniającą się syntezę wysokotemperaturową SHS do wytwarzania preform z faz międzymetalicznych typu Al-Ni, Al-Cr, Al-Ti, związków zawierających tlenowęgliki Ti-O-C, węgliki TiC oraz fazy Ti-C-Al. Przeprowadzono badania możliwości wykorzystania nagrzewania mikrofalowego do inicjowania i wspomagania syntezy. Zaprojektowano i zbudowano prototypowy rektor mikrofalowy umożliwiający intensywne nagrzewanie rozdrobnionych materiałów meta-liczno-ceramicznych wraz z precyzyjnym pomiarem temperatury zachodzących zjawisk fizykochemicznych. Opracowano parametry syntezy objętościowej oraz syntezy w strumieniu reaktywnego gazu materiałów porowatych, analizując sposób kształtowania struktury i zachodzących przemian fazowych. Określono wpływ ziarnistości proszków, składu chemicznego mieszaniny wyjściowej oraz mocy promieniowania mikrofalowego na przebieg syntezy i mikrostrukturę produktów. Przedstawiono metody rozwinięcia porowatości otwartej dla wybranych układów. Przeprowadzono analizę parametrów prasowania ze stanu ciekłego (ang. squeeze casting), dobierając je do infiltracji preform o małej porowatości i wytrzymałości. Prowadzono badana mikroskopowe połączone z identyfikacją fazową preform oraz materiałów kompozytowych. Analizowano stopień jednorodności struktury, rodzaj porowatości oraz jakość połączenia umocnienia z osnową. Opracowano parametry obróbki cieplnej mającej na celu ujednorodnienie struktury, a także przekształcenie nasyconych faz umacniających. Materiały kompozytowe umocnione wyselekcjonowanymi preformami poddano badaniom twardości, wytrzymałości na rozciągane, rozszerzalności cieplnej i odporności na zużycie. Przede wszystkim zaobserwowano istotny wzrost twardości, poprawę stabilności wymiarowej oraz odporności na ścieranie w warunkach tarcia suchego.
EN
Researches of pressure infiltrated composite materials included preparation of porous preform, mi-crowave heating, squeeze casting and determination of fundamental mechanical properties was presented. Self-propagation high temperature synthesis SHS was adopted for production of preforms from Al-Ni, Al-Cr, Al-Ti intermetallic phases, compounds containing Ti-O-C oxycarbides, TiC carbides and Ti-C-Al phases. The possibility of using microwave heating to initiate and support synthesis was studied. Designed and built a prototype microwave rector allows intense heating of powdered metallic-ceramic materials with precise temperature measurement of proceeded physical and chemical phenomena. Parameters of volume synthesis and synthesis in reactive gas stream for porous materials were elaborated with simultaneous analysis of structure development and phase transitions. Moreover influence of particle size powders, the chemical composition of the starting mixture and the power of microwave radiation on the course of the synthesis and microstructure of the products were determined. For selected systems to develop open porosity appropriate method was applied. Next squeeze casting parameters were established to infiltrate preform characterised low porosity and strength. In this area investigation related to the micro-structure homogeneity, porosity and reinforcement-matrix interface analysis. Elaborated heat treatment parameters allows improving microstructure and transforming infiltrated reinforcing phases. Composite materials reinforced with selected preforms were subjected to hardness, tensile strength, thermal expansion and wear examinations. First of all significant increase of hardness, where resistance and thermal stability were observed.
16
Content available remote Dry sliding wear behaviour of Cu based composite materials reinforced with alumina fibers
Naplocha K., Granat K., Kaczmar J. W.
Archives of Materials Science and Engineering
|
2013
|
Vol. 59, nr 2
53--60
EN
Purpose: Parameters for new manufacturing route of Cu casting reinforced with alumina fibers were elaborated. There was observed improvement of hardness and wear properties of composite materials comparing to the unreinforced copper and this indicates for the proper applied process parameters. Design/methodology/approach: Manufacturing of composite materials involves two stages, preparation of porous preforms and next their infiltration with molten Cu. Preforms exhibits semi-oriented arrangement of fibers and their open porosity makes possible the production of composite materials with 10 and 20% by volume of Al2O3 fibers (Saffil). Wear tests were carried out applying the pin-on-disc concept at constant sliding velocity and under two different pressures. Specimens were pressed against the cast iron counterpart prepared from standard brake disc material. Findings: Reinforcing of pure Cu with ceramic fibers results in the significant increase of hardness both by reducing the grain size and creating high level of residual stresses due to thermal mismatch of composite components. Fibers improves effectively wear resistance and under lower pressure of 0.2 MPa, in relation to unreinforced Cu, composite with 20% of fibers exhibits 6 times lower volume lost. Under smaller pressure wear process proceeded with plastic deformation of subsurface, cracking of reinforcement and transferring such segments to friction surface. Wear products containing hard fragments of alumina fibers as well as iron and copper oxides are transferred between surfaces and abrade weared parts. Thus only after friction against composite with 10% of fiber wear of iron counterpart was relatively small. Research limitations/implications: Reinforcing of Cu by squeeze casting method requires application of the die from high temperature resistant steel tool. Preform preheated to high temperature before infiltration, should be transferred to the mold very quickly in order to keep temperature. Practical implications: Reinforced copper , locally reinforced, exhibit high hardness and wear resistance under applied pressures. Production of electronic devices where simultaneously the high thermal and electric conductivity and good wear resistance are required can be potential area of future applications. Originality/value: Investigations are valuable for persons, who are interested in Cu cast composite materials reinforced locally with ceramic fiber performs.
17
Content available Własności trybologiczne materiałów kompozytowych na bazie stopów EN AW-2024 i EN AW-7075
Kurzawa A., Granat K., Grodzka E., Naplocha K., Kaczmar J. W.
Archives of Foundry Engineering
|
2013
|
Vol. 13, iss. 1 spec.
97--102
PL
W pracy zostały przedstawione wyniki badań intensywności zużycia ściernego materiałów kompozytowych na bazie stopów EN AW-2024 i EN AW-7075 umacnianych cząstkami ceramicznymi Al2O3. Materiały zawierające 10÷40%obj. cząstek umacniających wytworzone metodą squeeze casting poddano ścieraniu z zastosowaniem metody pin-on-disc. Pozytywny efekt wzrostu odporności na zużycie ścierne potwierdzono dla materiałów opartych na stopie 7075 umocnionych od 10 do 30%obj. Al2O3. Umocnienie cząstkami stopu 2024, chociaż nieznacznie podniosło ich odporność na ścieranie przy zawartościach objętościowych cząstek ceramicznych 10 i 20% obj. to nie jest jednak satysfakcjonujące. Siła docisku próbki wpływa w zasadniczy sposób na intensywność zużycia materiałów kompozytowych. Pod mniejszym ciśnieniem 0,2 MPa pomiędzy próbką a tarczą materiały kompozytowe wykazały ok. 2-3 krotnie większą odporność na zużycie w porównaniu do stopu nieumocnionego. Zwiększenie ciśnienia do 1,0 MPa i 1,2 MPa spowodowało zwiększenie szybkości zużycia próbek, w szczególności dla materiałów zawierających 40% obj. cząstek Al2O3. Materiały kompozytowe na osnowie stopu AW-2024 generowały o ok 20÷25% większe opory tarcia od materiałów wytworzonych na osnowie stopu AW-7075. W wyniku analizy powierzchni ścierania stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości objętości cząstek umacniających zmieniał się charakter zużycia z mieszanego, adhezyjno-ściernego występującego w kompozytach z 10% obj. cząstek Al2O3 w typowo ścierne występujące w materiałach zawierających 40% obj. udział umocnienia. Stopień zużycia przeciwpróbki silnie zależał od użytego materiału osnowy. Pomimo że stop nieumocniony AW-2024 wpływał na zużycie żeliwnej tarczy wolniej od stopu AW-7075, to jednak w materiałach zawierających umocnienie tendencja była odwrotna. Chropowatość Ra dna rowka przeciwpróbki potwierdza głębsze bruzdowanie przy ścieraniu kompozytów wytworzonych na osnowie stopu AW-2024. Największą chropowatość wykazały powierzchnie tarcz na których ścierano próbki z zawartością 10% obj. cząstek. Wraz ze wzrostem udziału cząstek w materiałach kompozytowych chropowatość przeciwpróbki maleje.
18
Content available Bending strength and fracture investigations of Cu based composite materials strengthened with \delta-alumina fibres
Kaczmar J. W., Granat K., Naplocha K., Kurzawa A., Grodzka E., Samociuk B.
Archives of Foundry Engineering
|
2013
|
Vol. 13, iss. 2
59--63
EN
Bending strength, thermal and electric conductivity and microstructure examinations of Cu based composite materials reinforced with Saffil alumina fibres are presented. Materials were produced by squeeze casting method applying the designed device and specially elaborated production parameters. Applying infiltration pressure of 90MPa and suitable temperature parameters provided manufacturing of copper based composite materials strengthened with Saffil alumina fibres characterized by the low rest porosity and good fibre-matrix interface. Three point bending tests at temperatures of 25, 100 and 300ºC were performed on specimens reinforced with 10, 15 and 20% of Saffil fibres. Introduced reinforcement effected on the relatively high bending strengths at elevated temperatures. In relation to unreinforced Cu casting strength of composite material Cu – 15vol.% Saffil fibres increase by about 25%, whereas at the highest applied test temperature of 300ºC the improvement was almost 100%. Fibres by strengthening of the copper matrix and by transferring loads from the matrix reduce its plastic deformation and hinder the micro-crack developed during bending tests. Decreasing of thermal and electrical conductivity of Cu after incorporating fibres in the matrix are relatively small and these properties can be acceptable for electric and thermal applications.
19
Content available remote TiC and Al-Ti-C skeletons produced by combustion synthesis
Naplocha K.
Composites Theory and Practice
|
2012
|
R. 12, nr 1
50-53
EN
A porous skeleton of TiC carbide was successfully fabricated by combustion synthesis ignited in a microwave field. The synthesizing temperature has been remarkably affected by the time of ball milling or positioning in a single mode microwave reactor. The combustion products were characterized by XRD and SEM investgatons. To moderate the reaction and avoid the explosion mode, an aluminium powder was added to the mixture. The prepared TiC, Al-Ti-C skeletons were next infiltrated with an AlSi12 aluminium alloy by the squeeze casting method. The composite materials exhibited a relatively homogeneous microstructure with low porosity.
PL
Porowate szkielety z węglika TiC zostały wytworzone poprze syntezę spaleniową aktywowaną w polu mikrofalowym. Na temperaturę syntezy znacząco wpływa czas mechanicznego mieszania proszków wyjściowych oraz pozycja próbki w polu reaktora mikrofalowego. Produkty reakcji zostały zbadane w oparciu o analizę XRD oraz na mikroskopie skaningowym z sondą BSE. W celu wyhamowania dynamiki reakcji i uniknięcia eksplozyjnego przebiegu do mieszaniny wyjściowej dodawano proszek Al. Wytworzone kształtki TiC, Al-Ti-C nasycano stopem aluminium AlSi12 metodą prasowania w stanie ciekłym. Kompozyty charakteryzowały się dostatecznie jednorodną mikrostrukturą z nielicznymi porowatościami.
20
Content available remote Microstructure and tensile properties of composites with high strength aluminium alloys matrix reinforced with Saffil™ fibers
Morgiel J., Naplocha K., Pomorska M., Kaczmar J.
Kompozyty
|
2011
|
R. 11, nr 2
136-141
EN
Metal matrix composites (MMC) were produced by the force infiltration of Saffil™ fiber preforms with high strength AA2024, AA6061 and AA7075. The preforms with ˜ 10 vol.% of fibers were bonded by dipping in liquid glass and heat treated at 800°C/2 hours. Next, the preforms were placed in a mould and the liquid alloy was forced into it. The composites microstructure was investigated using scanning xL30 and transmission Tecnai FEG (200 kV) electron microscopes. The tensile strength was tested with an Instron machine. The microstructure observations confirmed that after heat treatment, the Na2SiO3(H2O) binding phase turns to amorphous silica. The liquid AA2024 reacts with the silica, substituting part of the binder with a fine-crystalline mixture of MgO, Θ-Cu2Al and silicon crystallites. The AA6061also reacts with the SiO2 binder, but replaces it with a porous amorphous aluminium oxide. However, the infiltration with AA7075 left the binder mostly intact with discontinuous precipitates of MgO at the silica/matrix interface. The mechanical tests of the AA6061/Saffil™ were inconsistent due to a large scatter of results, but for the other composites they showed that the Saffil™ fibers helped to increase the tensile strength of the castings from 230 to 330 MPa and from 420 to 590 MPa for the AA2024/ Saffil™and AA7075/ Saffil™ composites (T6 conditions) respectively.
PL
Kompozyty o osnowie metalicznej zostały otrzymane poprzez ciśnieniową infiltrację wysokowytrzymałymi stopami AA2024, AA6061 oraz AA7075 preform zawierających ˜ 10% obj. włókien Saffil™. Preformy zanurzano w roztworze z tzw. ciekłego szkła Na2SiO3(H2O), suszono, a następnie wypalano w 800°C/2 godz. Następnie ceramiczne preformy osadzano we wlewnicy, którą napełniano ciekłym stopem wtłaczanym do niej z wykorzystaniem prasy. Kompozyt badano metodami mikroskopii skaningowej (xL30) oraz transmisyjnej (Tecnai FEG 200kV). Własności wytrzymałościowe mierzono z wykorzystaniem urządzenia Instron. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że po obróbce cieplnej ciekłe szkło ulega przemianie do amorficznej krzemionki (SiO2). Zalanie reformy ciekłym stopem AA2024 powoduje jego reakcję z krzemionką, a w konsekwencji jej zastąpienie drobnokrystaliczną mieszaniną MgO, Θ-Cu2Al oraz α-Si. Również AA6061 reaguje z krzemionką, ale w rezultacie w jej miejsce tworzy się porowaty i amorficzny Al2O3. Jedynie przy infiltracji preform stopem AA7075 większa część fazy krzemionkowej pozostawała w mostkach między włóknami, ale w jej granicy z osnową pojawiały się już warstwy MgO. Pomiary własności mechanicznych dla AA6061/ Saffil™ miały zbyt duży rozrzut, ale w przypadku dwu pozostałych kompozytów stwierdzono, że ich wytrzymałość na rozciąganie rośnie z 230 do 330 MPa oraz z 420 do 590 MPa odpowiednio dla AA2024/ Saffil™ and AA7075/ Saffil™ (po obróbce T6).
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.