Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wear resistance of composites with Mg–Zn–RE–Zr alloy matrix and open-celled carbon foam

Godzierz Marcin, Olszówka-Myalska Anita, Wrześniowski Patryk

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 2

46--52

EN

In this article, a magnesium matrix composite, reinforced with open-celled carbon foam and fabricated by pressure infiltration method, was examined. The main problem analysed was the usefulness of two commercial magnesium alloys RZ5 and ZRE1 as matrices in terms of composite tribological properties. Results of composite microstructure examinations by LM and SEM with EDS, porosity and hardness measurements were presented, and wear resistance in a dry friction conditions was characterized by a pin–on–disc method. The friction coefficient, the mass loss of sample and cast iron countersample, and wear trace depth were measured, as well as the mechanism of wear was examined by SEM observations of the wear traces. Obtained results show good infiltration of open-celled carbon foam and microstructural effects at an interface similar to the particulate and fibrous composites of C–Mg systems. Differences in wear resistance, dependent on applied matrix alloy, were revealed, and the ZRE1 magnesium alloy was indicated as more favourable, due to a composite lower friction coefficient, less mass lost, and wear trace depth. The wear of open-celled carbon foam was regular and without cracks in the reinforcement, fragmentation, or pulling out.

PL

Kompozyty z osnową ze stopów lekkich, głównie aluminium, zbrojone otwartokomórkowymi pianami ceramicznymi, najczęściej z Al2O3, są obecnie przedmiotem prac o charakterze technologicznym i poznawczym. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć segregacji zbrojenia, co może mieć miejsce w przypadku aplikacji w kompozytach metalowych cząstek bądź włókien. Jednak oprócz znanej kwestii oddziaływania fizykochemicznego metal–zbrojenie pojawia się nowy problem technologiczny — prawidłowa infiltracja piany metalem. Obydwa zagadnienia są bezpośrednio związane z doborem składu chemicznego stopu, gdyż stopy przydatne jako samodzielne tworzywo konstrukcyjne mogą być w kompozytach zupełnie nieużyteczne. W artykule zaprezentowano nowy materiał kompozytowy, w którym zbrojenie stanowiła otwartokomórkowa piana węglowa (Cof), a osnowę dwa konwencjonalne, odlewnicze stopy magnezu RZ5 i ZRE1 zawierające metale ziem rzadkich RE. Rolą komponentu węglowego w takim materiale, podobnie jak w przypadku aplikacji cząstek węgla szklistego i włókien węglowych krótkich, jest m.in. zmiana właściwości tribologicznych. Celem pracy była charakterystyka wytworzonego w Politechnice Śląskiej metodą infiltracji ciśnieniowej kompozytu zawierającego otwartokomórkową pianę węglową o takiej samej geometrii i dwa różne stopy osnowy z układu Mg–Zn–RE–Zr. Charakterystyka objęła głównie mikrostrukturę i badania tribologiczne w warunkach tarcia suchego. Na jej podstawie wskazano, który spośród zastosowanych stopów jest korzystniejszy z punktu widzenia zużycia kompozytu.

2

Influence of casting procedure on wear of magnesium matrix composites reinforced with carbon open-celled foam

Godzierz Marcin, Olszówka-Myalska Anita

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

64--70

EN

In this article the characteristics of the macrostructure, microstructure (LM, SEM) and selected properties of magnesium matrix composites reinforced with carbon open-celled foam with a porosity of 10 ppi, obtained by two casting techniques - gravity casting and pressure infiltration, were presented. The open porosity and hardness of the composites were determined. Tribological examinations in dry friction conditions were performed by the pin-on-disc method, and the coefficient of friction, weight loss of the sample as well as the cast iron countersample were determined, and the wear trace was characterized. Observations of the examined material surfaces after friction tests were conducted by SEM. In comparison to the gravity cast composite, a lower porosity, higher hardness and finer magnesium matrix size were found for the pressure infiltrated composite. The impact of the casting technique also concerned the tribological properties. Both the composites exhibited a lower coefficient of friction in comparison to pure magnesium, but for the pressure infiltrated composite the coefficient of friction, weight loss of the sample and countersample, as well as the depth of the wear trace were the lowest. Moreover, after the friction tests, different effects were observed on the surfaces. In the gravity cast composite the carbon component cracked and separated from the matrix, in contrast to the pressure infiltrated composite where uniform wear was observed while maintaining continuous bonding with the matrix, which explains the differences in the tribological properties.

PL

Scharakteryzowano makrostrukturę, mikrostrukturę (LM, SEM) i wybrane właściwości kompozytu na osnowie technicznie czystego magnezu zbrojonego otwartokomórkową pianą węglową o porowatości 10 ppi, otrzymanego dwiema metodami - odlewania grawitacyjnego oraz infiltracji ciśnieniowej. Określono porowatość i twardość kompozytów. Przeprowadzono badania tribologiczne w warunkach tarcia na sucho metodą pin-on-disc i wyznaczono współczynnik tarcia, ubytek masy próbki i przeciwpróbki żeliwnej oraz scharakteryzowano ślad wytarcia. Powierzchnie kompozytów po badaniach tribologicznych scharakteryzowano metodą SEM. Wykazano mniejszą porowatość, większą twardość i mniejsze ziarna osnowy magnezowej kompozytu otrzymanego metodą infiltracji ciśnieniowej w porównaniu z odlewnym grawitacyjnie. Wpływ techniki odlewania dotyczył również właściwości tribologicznych. Obydwa kompozyty charakteryzował mniejszy współczynnik tarcia w porównaniu z próbką referencyjną z materiału osnowy, ale dla kompozytu otrzymanego metodą infiltracji ciśnieniowej ten współczynnik, ubytki masy i głębokość śladu wytarcia były najmniejsze. Ponadto obserwowano różnice na powierzchni wytarcia, komponent węglowy ulegał wykruszeniu w przypadku materiału otrzymanego metodą odlewnia grawitacyjnego, a w infiltrowanym ciśnieniowo następowało jego równomierne zużycie przy zachowaniu ciągłego połączenia z osnową, co tłumaczy różne parametry tribologiczne.

3

The interaction characteristics of liquid magnesium and selected magnesium alloys with open-celled glassy carbon foams

Godzierz M., Olszówka-Myalska A., Wrześniowski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 2

61--67

EN

In the article, the problem of infiltration of open-celled carbon foams by magnesium of technical purity and three cast magnesium alloys, AZ31, RZ5 and ZRE1, has been analysed. This issue is important due to a potential application of open-celled carbon foams (Cof) as a component in magnesium matrix composites. In the experiments, glassy carbon foams of porosity 20, 45 and 80 ppi were applied and the pressureless infiltration effects at 700°C in air atmosphere with proper flux protection as well as in argon atmosphere were studied. The macrostructure of the samples formed from component couples was characterized and the microstructure was examined with the LM and SEM methods. The obtained results confirm most of the literature data focused on the measurements of the carbon wettability by magnesium and indicate that spontaneous infiltration of carbon foams by magnesium is an ineffective and external force, i.e. a positive threshold pressure will be necessary in order to fabricate the composite.

PL

Rozwój technologii wytwarzania materiałów węglowych charakteryzujących się zespołem korzystnych właściwości w podwyższonej temperaturze sprawił, że zakres ich aplikacji jest coraz szerszy. Wśród tych materiałów występują ultralekkie otwartokomórkowe piany z węgla szklistego zbudowane z komórek o różnej wielkości, połączonych tzw. oknami. Doniesienia literaturowe i badania własne wykazały, że w kompozytach na osnowie magnezu otrzymywanych metodami ciekłofazowymi mogą być stosowane komponenty węglowe takie jak włókna węglowe, nanorurki i cząstki węgla szklistego. Oznacza to celowość przeanalizowania możliwości użycia w tych procesach również otwartokomórkowych pian węglowych. Takie rozwiązanie, zapewniając z góry ustaloną geometrię fazy zbrojącej, wymaga jej infiltracji ciekłym metalem bez możliwości dodatkowego mieszania znanego dla cząstek i włókien krótkich. Konieczne jest zatem poznanie zjawisk decydujących o kształtowaniu się mikrostruktury kompozytu piana węglowa–magnez, a w szczególności ocena możliwości prawidłowego wypełniania porów piany metalem. Doniesienia literaturowe dotyczące oddziaływania ciekły metal–element płaski w stanie stałym (metoda leżącej kropli) dla układu magnez– węgiel są rozbieżne, ale większość z nich wskazuje na brak zwilżania (θ > 90°). W układzie ciekły metal–otwartokomórkowa piana występują dodatkowe uwarunkowania fizykochemiczne takie jak obecność gazów wynikająca z geometrii komórek i okien. Celem przeprowadzonego eksperymentu było sprawdzenie, jak w kontakcie z otwartokomórkowymi pianami węglowymi, bez dodatkowego ciśnienia zewnętrznego, zachowuje się ciekły magnez i trzy jego stopy odlewnicze.

4

Microstructural corrosion effects on carbon foam-AZ31 magnesium matrix composite surface

Godzierz M., Olszówka-Myalska A.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 3

133--139

EN

In the article, a new composite was studied as a potential biomaterial. The effects of the interaction of distilled water with the polished surface of an AZ31 magnesium matrix composite reinforced with open-celled glassy carbon foam fabricated by the pressure infiltration method were investigated. The experiment was conducted in the time range of 1 minute - 4 hours and the microstructure was examined by scanning electron microscopy. In the initial unetched material, at the glassy carbonmetal interface, a zone of needle-like phases was detected. After a 1÷10 minute interaction with the water, disintegration of that zone was revealed and that type of material degradation proceeded deeper into the composite as the time increased. Another type of corrosion was observed in microareas of the magnesium alloy matrix, but only after approx. 1 hour when corrosion pits were recorded. The results of X-ray mapping showed an increase in the oxygen concentration in both types of corrosion products, but the reason for the corrosion in the region between the carbon foam and the AZ31 matrix is degradation of the hydrophilic aluminium based carbide phases, while in the composite matrix, typical electrochemical corrosion of magnesium occurred.

PL

Odporność korozyjna magnezu i jego stopów, w tym AZ31 w środowisku wodnym jest słaba i materiały te stosowane są na bioresorbowalne implanty. Wprowadzenie do magnezu otwartokomórkowych pian węglowych pozwala uzyskać materiał zawierający dwa biozgodne komponenty o różnej odporności korozyjnej i tym samym kompozyt ulegający selektywnej korozji. Potencjalnie powinno to ułatwić wrastanie tkanek pomiędzy węglowy szkielet, który znacznie później sam ulegnie resorpcji. W pracy przedstawiono wyniki badań wstępnych oddziaływania wody destylowanej na mikrostrukturę kompozytu z osnową ze stopu AZ31, zawierającego otwartokomórkową pianę węglową (Cof) firmy Duocel 100 ppi o porowatości 97%, charakteryzującą się wstęgową budową ścian (RVC). Kompozyt wytworzono metodą infiltracji ciśnieniowej w atmosferze próżni, zgodnie z autorska procedurą. Metodą SEM z EDS charakteryzowano mikrostrukturę wypolerowanej powierzchni kompozytu w stanie wyjściowym i poddanej oddziaływaniu wody destylowanej w czasie od 1 minuty do 4 godzin. Wykazano występowanie dwóch mechanizmów degradacji mikrostruktury wynikających z oddziaływania wody destylowanej z kompozytem. Jeden, charakterystyczny dla stopów magnezu, wystąpił po 1 godzinie ekspozycji. Polegał on na powstawaniu na mikroobszarach osnowy niewielkich początkowo narostów produktów korozji, które z czasem całkowicie pokryły stop magnezu. Drugi obserwowany efekt oddziaływania dotyczył strefy połączenia metal-węgiel szklisty i ujawnił się po bardzo krótkim czasie. Występujące na granicy rozdziału iglaste fazy, zidentyfikowane pośrednio jako węglikowe zawierające aluminium, ulegały postępującej destrukcji. Proces był widoczny w przedziale czasu 1 do 10 minut, po którym dalszych zmian na powierzchni nie obserwowano. Wykazały je dopiero obserwacje przekroju poprzecznego, wskazujące na postępowanie procesu degradacji w głąb materiału. Uzyskane wyniki potwierdziły selektywną korozję kompozytu, ale aplikacja stopu AZ31 wywołuje na granicy emisję produktów gazowych, co wskazuje na celowość użycia w charakterze osnowy innego stopu magnezu.