Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Hydrogenation and corrosion properties of nanocrystalline A2B7 type, La-Mg-Ni based intermetallics modified by nickel sputtering

Dymek Martyna, Nowak Marek, Jurczyk Mieczysław, Bala Henryk

Ochrona przed Korozją

|

2020

|

nr 3

67--71

EN

In the paper, hydrogenation and corrosion properties of three kinds of nanocrystalline La1.5Mg0.5Ni7 type alloys obtained by mechanical alloying (MA) method are discussed in view of their application as anodic materials for Ni/MH batteries. Partial substitutions of cobalt for nickel and gadolinium for lanthanum and then magnetron sputtering of the intermetallic powders with amorphous nickel distinctly change functional parameters of the hydrogen storage material. It is shown that 5.5 at.% cobalt addition markedly improves the alloy activation but worsens its corrosion resistance in concentrated KOH solution. On the other hand, partial substitution of lanthanum by Gd (2.2 at.%) ensures large exchange currents for H2O/H2 system. Presence of Ni coatings on alloy particles is generally advantageous from the material H-storage properties, although they slow down a little hydrogen transport during electrode discharge.

PL

W artykule przedyskutowano właściwości wodorochłonne i korozyjne trzech rodzajów nanokrystalicznych stopów typu La1.5Mg0.5Ni7 – pod kątem ich aplikacji jako materiałów anodowych dla ogniw typu Ni/MH. Materiały wytwarzano metodą mechanicznej syntezy (metoda MA) i modyfikowano poprzez częściowe podstawianie niklu kobaltem bądź lantanu gadolinem a następnie poprzez magnetronowe napylanie uzyskanych proszków amorficznym niklem. Modyfikacje te wyraźnie zmieniają właściwości funkcjonalne badanych stopów wodorochłonnych. Pokazano, że dodatek 5,5 % at. kobaltu wyraźnie skraca aktywację stopu ale pogarsza jego odporność korozyjną w stężonym roztworze KOH. Z kolei częściowe podstawienie lantanu gadolinem (2,2 % at.) zapewnia materiałowi wysokie gęstości prądu wymiany układu H2O/H2. Obecność powłok Ni na cząstkach proszku jest generalnie korzystna z punktu widzenia właściwości sorpcyjnych materiałów, jednakże powłoki te nieco hamują transport wodoru podczas rozładowywania elektrod.

2

Powierzchniowe stopowanie mikroplazmowe jako nowe podejście w zakresie modyfikacji biomateriałów tytanowych

Miklaszewski A., Kaczmarek M., Jurczyk M. U.

Przegląd Spawalnictwa

|

2017

|

R. 89, nr 10

32--38

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu metodą stopowania mikroplazmowego z użyciem nanoprekursorów proszkowych otrzymanych metodą mechanicznej syntezy o kompozycji wejściowej Ti+2% oraz 10% wagowego dodatku boru. Zastosowanie prekursora nanokrystalicznego w istotny sposób wpływa na właściwości wyjściowe otrzymywanych warstw [1]. Prekursor nanokrystaliczny uzyskany w wyniku zastosowania procesu mechanicznej syntezy charakteryzuje się wysokim stopniem rozdrobnienia struktury oraz częściową amorfizacją. Zastosowanie nanoprekursora proszkowego w procesie modyfikacji warstwy wierzchniej z użyciem metody stopowania mikroplazmowego pozwala na uzyskanie struktury kompozytowej warstwy składającej się z faz: osnowy Ti (α) oraz wydzieleń TiB o wysokiej dyspersji, potwierdzonych badaniami strukturalnymi XRD [2]. Uzyskana przy doborze właściwych parametrów warstwa powierzchniowa, pozbawiona wad w postaci braku przetopu czy pęcherzy z jednoczesnym maksymalnym możliwym zakresem twardości charakteryzuje oczekiwany układ. Znaczący wzrost twardości uzyskany w warstwie powierzchniowej w stosunku do podłoża oraz poprawa odporności korozyjnej badanej w roztworze 0,9% NaCl w próbie potencjodynamicznej, wskazuje na korzystną mikrostrukturę układu dwufazowego z wysokim stopniem rozdrobnienia. Przeprowadzone badania in vitro cytokompatybilności z użyciem linii ludzkich komórek broblastów oraz osteoblastów na powierzchniach modyfikowanych w odniesieniu do próbki bazowej tytanu mikrokrystalicznego [3] potwierdza, iż wytworzone układy mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w zakresie modyfikacji implantów stomatologicznych czy też innych aplikacjach medycznych. Z przeprowadzonych analiz wynika, iż stopowanie mikroplazmowe jest efektywną metodą wytwarzania warstw kompozytowych typu Ti+TiB o możliwym szerszym aspekcie aplikacyjnym.

EN

The paper presents the results of modifcation of titanium surface by microplasma alloying using nano-powder precursors obtained by mechanical synthesis with Ti+2% input composition and 10% by weight boron addition. The use of nanocrystalline precursor significantly affects the initial properties of the obtained layers [1]. The nanocrystalline precursor obtained by the mechanical synthesis process is characterized by a high degree of fragmentation of the structure and partial amorphization. The use of nanoprecursor powder for the modification of the surface layer using microplasma alloying method allows to obtain a composite structure consisting of phases: the matrix Ti (α) and high dispersion TiB precursors, confirmed by XRD structural studies [2]. The surface layer obtained by selecting the appropriate parameters, free of defects such as lack of joint penetration or blisters, with the maximum possible hardness range characterizes the expected system. Significant increase of hardness obtained in the surface layer relative to the substrate and improvement of the corrosion resistance tested in the solution of 0.9% NaCI in the potentiodynamic test indicates a favorable microstructure of the diphasic system with a high degree of fragmentation. The in vitro cytocompatible tests using human fibroblast cell lines and osteoblasts on modified surfaces with respect to the microcrystalline titanium base sample [3] confirm that the manufactured systems may find potential applications for the modification of dental implants or other medical applications. It has been observed that microplasma alloying is an effective method of producing Ti+TiB composite layers with a broader application aspect.

3

Otrzymywanie i właściwości litych stopów na bazie magnezu o ultra drobnoziarnistej mikrostrukturze

Kowalski K., Miklaszewski A., Jurczyk M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 3

195--210

PL

Magnez i jego stopy są przedmiotem intensywnych badań z uwagi na ich ważne potencjalne zastosowanie w aplikacjach medycznych w tym jako materiały na implanty. W pracy omówiono wpływ składu chemicznego i procesu technologicznego na mikrostrukturę, właściwości mechaniczne i odporność korozyjną ultra drobnoziarnistych stopów Mg1Zn1Mn0.3Zr oraz Mg4Y5.5Dy0.5Zr. Materiały do badań otrzymano metodami mechanicznej syntezy i metalurgii proszków. Dodatek hydroksyapatytu oraz bioszkła, typ 45S5, do materiałów na bazie magnezu zmniejsza wielkość ziaren otrzymanych litych kompozytów. Analizę fazową i mikrostrukturę analizowano przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej, skaningowego mikroskopu elektronowego, a właściwości mechaniczne i odporność korozyjną zbadano, stosując mikrotwardościomierz, nanoindenter oraz potencjostat. Właściwości kompozytu są zależne od udziału procentowego bioceramiki w matrycy Mg, gęstości otrzymanych kompozytów, jak również od składu chemicznego i ostatecznej mikrostruktury. Poprawę właściwości powierzchniowych kompozytów na bazie Mg1Zn1Mn0.3Zr uzyskano dzięki osadzaniu elektrolitycznemu fosforanów wapnia roztworu symulującego płyny ustrojowe. Badania elektrochemiczne w roztworze Ringera wykazały, iż odporność korozyjna modyfikowanych próbek była wyższa w porównaniu do próbek niemodyfikowanych. Zbadano mikrostrukturę, wyznaczono skład chemiczny warstw osadzanych elektrolityczne oraz przedyskutowano wpływ otrzymanych warstw na właściwości korozyjne. Ultra drobnoziarniste materiały na bazie magnezu dzięki gęstszej warstwie powierzchniowej (Ca10(PO4)6O and (Mg(OH)2), w porównaniu do niemodyfikowanych próbek posiadają unikalne właściwości powierzchniowe i dlatego mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w biomateriałach następnej generacji.

EN

Magnesium and its alloys have been intensively investigated as potential bone implant materials.This paper discusses the influence of chemical composition on the microstructure, mechanical and corrosion properties of ultrafine grained Mg1Zn1Mn0.3Zr and Mg4Y5.5Dy0.5Zr alloys synthesized by the application of mechanical alloying and powder metallurgy. The hydroxyapatite or 45S5 Bioglass addition to Mg-based alloys decreases of grain sizes of the bulk material. The phase and microstructure analysis was carried out using X-ray diffraction, scanning electron microscopy and the properties were measured using hardness, nanoindentation and corrosion testing equipment. The properties of composites depend upon crystal structure, density, volume fraction, and the interface among the constituents, as well as upon the chemical composition and their final microstructure. The Mg1Zn1Mn0.3Zr composite surface improvement was achieved by electrolytic depositionof calcium phosphates from simulated body fluid electrolyte. The electrochemical test showed that the corrosion resistance of treated specimens was higher compared with the untreated samples in Ringer solution. The microstructure, composition andelectrolytic deposition of calcium phosphate coatings were characterized, and the corrosion properties of selected samples were also investigated. Ultrafine grained Mg-based biomaterials due to denser (Ca10(PO4)6O and (Mg(OH)2) surface layers, compared with untreated samples, possess unique surface properties and consequently are considered to be the future generation of biomaterials.

4

Ultrafine grained Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr alloy and its corrosion behaviour

Kowalski K., Jurczyk M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2016

|

Vol. 74, nr 2

53--59

EN

Purpose: The goal of this paper is to present the corrosion properties of the ultrafine grained Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr bulk alloy after surface modification during HF and NaHCO3 treatment. Design/methodology/approach: An ultrafine grained Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr bulk alloy was synthesized by consolidating mechanically alloyed powders. The phase and microstructure analysis was carried out using X-ray diffraction, scanning electron microscopy and the properties were measured using corrosion testing equipment. Findings: The sintering of Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr powders led to the formation of bulk material with an average grain size of about 73 nm. Ultrafine grained Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr alloy was more corrosion resistant than microcrystalline Mg. Practical implications: The results showed an improved corrosion resistance of HF and NaHCO3 treated Mg-1Zn-1Mn-0.3Zr alloy in Ringer solution compared with the untreated sample. The corrosion rate of treated samples followed the order HF

5

Models of damage mechanism of glidcop Cu-Al2O3 micro and nanomaterials

Besterci M., Sülleiová K., Ballóková B., Velgosová O.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 69, nr 2

79--85

EN

Purpose:of this paper was to analyze the fracture mechanism before and after ECAP in the Glidcop AL-60 grade (with 1.1 wt. % of Al2O3) system and to propose damage and/or fracture mechanisms models by means of the method “in situ tensile test in SEM”. Design/methodology/approach: The method of “in-situ tensile testing in SEM” was used for investigations of fracture mechanisms because it enables to observe and document deformation processes directly, thank to which the initiation and development of plastic deformation and fracture can be reliably described. Analyses of microstructure and fracture surfaces were carried out by means of the scanning electrone microscope JEM 100 C. Findings: The deformation and fracture mechanisms of Glidcop AL-60 grade with 1.1 wt. % of Al2O3 phase (1.62 vol. % of Al2O3) were analyzed before and after ECAP (Equal Channel Angular Pressing). Before ECAP it was shown that the deformation process causes increasing of pores and formation of cracks. Decohesion of small Al2O3 particles and clusters occurs and the final fracture path is influenced by coalescence of cracks originated in such. The principal crack propagates towards the sample exterior surface. After ECAP initial cracks were formed in the middle of the specimen first of all in the triple junctions of nanograins and together with decohesion of Al2O3 particles and clusters at small strains lead to the failure. Research limitations/implications: To develop more complex knowledge about the objective material further studies are necessary to focus also on the other factors which besides the secondary phase amount can influence the failure mechanism, e.g. strain rate, temperature and others. Complex analysis allows better understanding of material behavior at different conditions and possibilities of application of products from these materials will be thereby improved. Practical implications: This article completes knowledge about damage/fracture mechanisms and processes of the material with 1.1 wt. % of Al2O3 phase. Some materials with the different volume fraction of a secondary phase have been studied. This concrete one with 1.1% clarifies the fracture process of Glidcop AL-60 material not only after mechanical alloying process but also after ECAP treatment. An effect of the ECAP process on the final material was crucial because not only microstructure but also failure mechanism have been changed. Originality/value: Based on the experimental observations original models of damage and/or fracture mechanisms were proposed.

6

Influence of mechanical alloying time on particle size of copper matrix composite

Ruzic J., Jakimovska K., Stoimenov N., Gyoshev S., Karastoyanov D.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 68, nr 2

53--58

EN

Purpose: The aim of this study was to determine the influence of mechanical alloying time on particle size of copper matrix composites. Particle size distribution is very important parameter in many research areas such as powder metallurgy, particle-based computational modelling, advanced nanocomposite materials, etc. Hence, knowledge of relations between particle size and applied technique is essential for many studies, especially for selection of further manufacturing procedures. Design/methodology/approach: Starting powders (94.78 wt.% copper, 4.1 wt.% zirconium and 1.12 wt.% boron) were mechanically alloyed (MA) for 1, 10 and 20 hours. The structural characterization of copper and MA powders were performed by X-ray powder diffraction (XRPD) and morphology of MA powders were examined by using scanning electron microscopy (SEM). Particle size distribution as a function of milling time was determine by advanced laser nanoparticle sizer. Findings: Obtained results show that with increasing milling time the particle size is decreasing and morphology is changing. Also, identification of nanoparticles was achieved. Analysis of particle size distribution point out that after 1 hour of mechanical alloying the particle diameter is decreasing until 10 hours after which it starts to increase. Research limitations/implications: Identification of correlations between particle morphology/size distribution and milling time is of great importance in powder-based techniques and computational models. Originality/value: Copper matrix composites reinforced with ceramic nano and micro particles are relatively new materials. Obtaining these kind of composite materials by powder metallurgy is new approach in its production. Optimization of mechanical alloying parameters for production of MA powders will provide control of final material properties.

7

Effect of Temperature on the Structure and Mechanical Properties of Mechanically Alloyed Al-NiO Composite

Zygmunt-Kiper M., Blaz L, Sugamata M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

121--126

EN

Mechanical alloying of high-purity aluminum and 10 wt.% NiO powders combined with powder vacuum compression and following hot extrusion method was used to produce an Al-NiO composite. Mechanical properties of as-extruded materials as well as the samples annealed at 823 K /6 h, were tested by compression at 293 K - 770 K. High mechanical properties of the material were attributed to the highly refined structure of the samples. It was found that the structure morphology was practically not changed during hot-compression tests. Therefore, the effect of deformation temperature on the hardness of as-deformed samples was very limited. The annealing of samples at 823 K/6 h induced a chemical reaction between NiO-particles and surrounding aluminum matrix. As a result, the development of very fine aluminum oxide and Al3Ni grains was observed.

PL

Kompozyt na osnowie aluminium zawierający dodatek 10% mas. NiO wytworzono metodą mechanicznej syntezy stosując mielenie proszków aluminium i tlenku niklu oraz mechaniczną konsolidację uzyskanego proszku metodą prasowania próżnio- wego i wyciskania w temperaturze 673 K Własności mechaniczne uzyskanego kompozytu, jak również próbek wyżarzonych w 773 K/6 godz., badano w zakresie 293 K-770 K w próbie ściskania. Badania strukturalne wykazały silne rozdrobnienie skład- ników strukturalnych zarówno w materiale wyciskanym, jak również w próbkach wyżarzonych, co jest przyczyną wysokich własności mechanicznych uzyskanego kompojrytu. W przypadku próbek odkształcanych „na gorąco” praktycznie nie obserwuje się istotnych zmian morfologii struktury. Jednakże wyżarzanie w 823 K/6 godz. spowodowało zmiany strukturalne wywołane reakcją chemiczną między cząstkami NiO a osnową, której skutkiem było utworzenie silnie dyspersyjnych wydzieleń tlenku aluminium i ziam fezy międzymetalicznej typu AI3Ni.

8

Effect of Magnesium Addition on Properties of Al-Based Composite Reinforced with Fine NiO Particles

Zygmunt-Kiper M., Błaż L., Sugamata M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 2

431--435

EN

An Al(Mg)-NiO composite was manufactured using combined mechanical alloying (MA) and powder consolidation methods that yielded well-consolidated and very-fine grained bulk material. Compression tests at 293 K – 773 K revealed high mechanical properties of the material. Preliminary annealing at 823 K/6 h was found to result in the flow stress reduction at 573 K – 773 K. However, the effect of preliminary annealing on the flow stress value was relatively low for Al(Mg)-NiO if comparing to similar tests performed for the Al-NiO composite. Structural observations revealed very-fine grained structure of both as-extruded and annealed Al(Mg)-NiO composites. The chemical reaction between the composite matrix and reinforcements (NiO) at sufficiently high temperatures resulted in fine grains and spinel-type particles’ development. With respect to the similarly produced Al-NiO composite, a magnesium addition was found to intensify chemical reaction between Al(Mg)-based matrix and NiO particles. As result, fine Al3Ni particles were observed in both hot-extruded material and Al(Mg)-NiO samples annealed at 823 K/6 h.

PL

Kompozyt Al(Mg)-NiO wytworzono metodą mechanicznej syntezy stosując mielenie składników proszkowych i mechaniczną konsolidację uzyskanego proszku kompozytowego w procesie prasowania próżniowego i wyciskania „na gorąco”. Uzyskano jednorodny materiał charakteryzujący się dużym rozdrobnieniem składników strukturalnych. Próby ściskania w temperaturze 293 K – 773 K wykazały wysokie własności mechaniczne kompozytu. Wyżarzanie próbek w 823 K / 6 godz. spowodowało nieznaczne obniżenie wartości naprężenia uplastyczniającego w zakresie 573 K – 773 K, jednakże w znacznie mniejszym stopniu niż w porównywanym przypadku kompozytu nie zawierającego dodatku magnezu (Al-NiO), który opisano we wcześniejszej pracy. Obserwacje struktury wyjściowych próbek kompozytowych i próbek wyżarzonych w 823 K / 6 godz. wykazały zmiany strukturalne wywołane reakcją chemiczną między osnową kompozytu (Al-Mg) a dyspersyjnymi cząstkami zbrojenia (NiO), której skutkiem jest utworzenie silnie dyspersyjnych wydzieleń tlenków typu spinelu, oraz submikronowych ziarn typu Al3Ni. W porównaniu z kompozytem Al-NiO, dodatek magnezu powoduje zwiększenie szybkości reakcji chemicznej, która przejawia się utworzeniem ziarn fazy międzymetalicznej Al3Ni zarówno w materiale wyjściowym – wyciskanym „na gorąco” – jak również w próbkach wyżarzonych w 823 K / 6 godz.

9

Structure investigation of ball milled composite powder based on AlSi5Cu2 alloy chips modified by SiC particles

Suśniak M., Karwan-Baczewska J., Dutkiewicz J., Actis Grande M., Rosso M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

437--441

EN

The paper is focused on the processing of aluminum alloy chips using powder metallurgy. Chips obtained from recycled AlSi5Cu2 alloy were ball milled with the addition of silicon carbide powder with an average size of 2μm. Mechanical alloying process was employed to obtain homogeneous composite powder. The effect of processing time (0 - 40h) on the homogeneity of the system was evaluated, as well as a detailed study of the microstructure of AlSi5Cu2 aluminum chips and SiC particles during MA was carried out. Addition of silicon carbide (10, 20wt%) to recycled aluminium chips and application of MA lead to fragmentation of the homogeneous composite powder down to particle size of about 3μm and spheroidization. The addition of hard SiC particles caused reinforcement and reduced the milling time. Higher content of silicon carbide and longer processing time allowed to obtain AlSi5Cu2/SiC powders with microhardness ~500HV0,025. The results of MA were investigated with SEM, EDS, LOM, XRD and showed that relatively homogeneous distribution of SiC reinforcements in the matrix as well as grain refinement of aluminum solid solution down to 50nm can be obtained after 40h of processing.

PL

W artykule przedstawiono metodę otrzymywania proszku kompozytowego na osnowie wiór stopu aluminium AlSi5Cu2 pochodzących z recyklingu z dodatkiem węglika krzemu (SiC-α, 2μm). Określono wpływ czasu mielenia oraz dodatku SiC na mikrostrukture i właściwości proszku kompozytowego.Dodatek SiC (10, 20%mas) do wiór stopu aluminium i zastosowanie mechanicznej syntezy pozwala na otrzymanie jednorodnego i drobnoziarnistego proszku o wielkości 3μm i kształcie zbliżonym do sferycznego. Dodatek twardych cząstek SiC powoduje umocnienie proszku oraz skrócenie czasu mielenia. Dodatek SiC i zastosowanie 40h mielenia pozwala otrzymać cząstki proszku o mikrotwardości około 500 HV0,025. Badania proszku kompozytowego przeprowadzone na mikroskopie optycznym, SEM oraz TEM potwierdziły jednorodne rozmieszczenie cząstek SiC w osnowie oraz zmniejszenie wielkości ziarna do 50nm po 40 godzinach procesu.

10

Rola wymiaru cząstek w procesie formowania struktury proszku kompozytowego metodą syntezy mechanicznej

Gładki A., Wójcik-Grzybek D., Frydman K.

Materiały Elektroniczne

|

2012

|

T. 40, nr 3

3-16

PL

Publikacja stanowi podsumowanie prac teoretycznych i doświadczalnych związanych z prognozowaniem struktury i otrzymywaniem materiałów kompozytowych z osnową srebrową i kruchymi fazami wzmacniającymi. Dwa modele geometryczne: model pokrycia powierzchniowego (MPP) i model gęstego upakowania (MGU) cząstek sferycznych w i na cząstce kulistej zostały zespolone z podstawowym równaniem procentu objętościowego faz wzmacniających w osnowie. W ten sposób uzyskano przestrzeń, w której kierując się zasadami dynamiki można przewidzieć strukturę kompozytów otrzymywanych metodą syntezy mechanicznej (MS). Prognozowanie modelowe zweryfikowano na dziewięciu zaplanowanych materiałach kompozytowych stosowanych na styki elektryczne, ograniczając się do układów kompozytowych złożonych z osnowy plastycznej i kruchych faz wzmacniających.

EN

This publication provides a summary of theoretical and experimental research related to forecasting the structure and obtaining composite materials with a silver matrix and fragile reinforcing phases. Two geometrical models, i.e. a model of the surface coating (MSC) and high-density model (MHD) of spherical particles in and on a spherical particle have been combined with a basic equation of the volumetric percentage of the reinforcing phase in the matrix. This has provided a space where the structure of the composites obtained by mechanical alloying (MA) can be predicted when guided by the principles of dynamics. The model forecasting has been verified using nine previously selected composite materials applied in electrical contacts, limited to systems composed of a plastic composite matrix and brittle reinforcement phases.

11

The FeCuAl-Al2O3 coatings deposited by means of supersonic technique – microstructure and properties

Kusiński J., Kac A., Matteazzi P., Colella A., Dosta S., Fernandez J., Celis J. P., Georgiou E.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

576--579

EN

The basic scientific and technological aim of the research was the generation of nanostructural FeCuAl-Al2O3 coatings having thickness of about 100 μm. The high energy ball milling allowed to produce powders characterized by a fine and homogeneous chemical distribution of elements and an ultrafine (the nanometric size) crystalline structure. A new powerful deposition technology (Supersonic Cold Gas Spray – SCGS) was used to transfer nanophased powder onto the substrate in the form of dense coating with very small or none change of crystal structure and properties. The microstructure and composition of all prepared nanopowders and deposited coatings were investigated using the light microscopy, TEM/HRTEM, STEM, SEM/EDS and XRD techniques. Hardness, Young’s modulus, friction coefficient and wear resistance measurements were carried out on the deposited coatings. It has been found that microstructure of deposited coatings remains that of the powder used for deposition. Thanks to nanophase structure, with an appropriate balance of hard and soft phases, the SCGS coatings exhibited better tribological properties than that of the examined benchmark materials.

PL

Naukowym i technologicznym celem badań było wytworzenie nanostrukturalnych powłok FeCuAl-Al2O3 o grubości ok. 100 μm. Nanoproszki charakteryzujące się strukturą krystaliczną i równomiernym rozmieszczeniem składników otrzymywano, stosując wysokoenergetyczną syntezę mechaniczną. Proszek o strukturze nanokrystalicznej był nanoszony na podłoże bez istotnych zmian jego struktury i właściwości. Wykorzystano nową technologię naddźwiękowego natryskiwania zimnym gazem (SCGS) pozwalającą uzyskiwać powłoki o dużej gęstości. Mikrostrukturę oraz skład chemiczny nanoproszków i nanoszonych powłok analizowano, wykorzystując mikroskopię świetlną, TEM/HRTEM, STEM, SEM/EDS oraz XRD. Ponadto mierzono twardość, moduł Younga, współczynnik tarcia oraz odporność na ścieranie powłok. Przeprowadzone badania wykazały, że mikrostruktura powłok odpowiada strukturze nanoszonych proszków. Dzięki nanostrukturalnej budowie powłok, właściwej proporcji faz twardych i miękkich, natryskiwane zimnym gazem powłoki wykazują lepsze własności tribologiczne od materiału porównawczego.

12

The effect of TiAl and Ti3Al reinforcement on microstructure changes and properties of aluminium matrix composites

Adamiak M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2012

|

Vol. 58, nr 2

55--79

EN

Purpose: The main purpose of this monograph research is to present the results of the author’s own investigations concerning development and characterisation of the aluminium matrix composite’s reinforced with intermetallic particles being the outcome of the concept of merging the mechanical alloying with the powder metallurgy. As the result the nanostructured composites were fabricated with the exclusive mechanical properties as the result of fine microstructure. Design/methodology/approach: Powder metallurgy (PM) combined with (MA) offers innumerable advantages over casting metallurgy, making possible to improve the existing properties but also conferring new properties. Results presented in this paper were obtained in such processes. Experiment have been developed to improve the characteristics of aluminum matrix composites, because of produced fine and uniform dispersions of reinforcements particles. Final consolidation, shaping and forming have been done by hot extrusion. Testing of mechanical properties encompassed hardness testing, tensile as well as compression testing, and determining the sliding wear resistance. Detailed structural examinations have been carried out to determine the effect of mechanical alloying and reinforcing particles on microstructure changes and properties of investigated composites. Findings: Applying mechanical alloying route of composite powders production, makes it possible to obtain diminution of reinforcing particles size as well as homogenous reinforcement particles distribution. Extruded composites are characterized by a very homogeneous distribution of intermetallic particles and the absence of any reaction and with good cohesion at the matrix/particle interfaces. Observed changes in the microstructure, influence on the mechanical properties of obtained composite particles. Practical implications: Aluminium matrix composites (AMCs) reinforced with ceramic particles have already found several applications. However, they suffer from some drawbacks due to high abrasiveness and brittleness of ceramics. Lately, intermetallic particles have emerged as possible substitutes for ceramic reinforcements in aluminium alloys. Originality/value: Employment of the modern composite production techniques, and especially of the nanostructured one with emerging potetial of intermetallics as the reinforcing phases, makes it possible to obtain specific properties thus application. The paper presents extensive knowledge related to microstructure and effect of reinforcement on it.

13

Kompozyty nanokrystaliczne na osnowie stopu aluminium 6061 z dodatkami fazy ceramicznej [alfa]-Al2O3

Dutkiewicz J., Maziarz W., Lityńska-Dobrzyńska L., Góral A., Kukuła A., Kanciruk A.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 1

76-80

PL

Proszek ze stopu aluminium 6061 zmieszany z 2% Zr i 10% lub 20% nanokrystalicznego proszku Al2O3 mielono w młynku kulowym w celu rozdrobnienia ziarna roztworu stałego [alfa]-Al i dokładnego wymieszania składników kompozytu. Po 40 godzinach mielenia uzyskano zmniejszenie wielkości krystalitów roztworu stałego do zakresu około 50 nm i równomierne wmieszanie cząstek proszku Al2O3. Nie obserwowano konglomeratów cząstek proszku Al2O3. Prasowanie na gorąco w próżni w temperaturze 380°C mielonego proszku nie powoduje znacznego wzrostu średniej wielkości krystalitów; obserwuje się średnią wielkość ziaren poniżej 100 nm i jedynie pojedyncze ziarna o wielkości do 200 nm. Wzrost ten jest zahamowany poprzez dodatek 2% Zr, tworzący drobne wydzielenia Zr2Al, i obecność cyrkonu w roztworze. Ponadto uzyskane kompozyty charakteryzuje niska porowatość (poniżej 1%). Wytworzone nanokompozyty uzyskują wysoką twardość dochodzącą do 310 HV dla dodatku 20% Al2O3 oraz wysoką wytrzymałość na ściskanie wynoszącą około 770 MPa dla dodatku 10 i 20% Al2O3. Krzywe ściskania wykazywały częste uskoki wielkości naprężenia w zakresie plastycznym w związku z wystąpieniem efektu Portevin-Le Chatelier. Ponadto próbki wykazywały dobre własności plastyczne, uzyskując odkształcenie plastyczne do 15%.

EN

Mechanical alloying of 6061 aluminium alloy powder mixed with 2% of Zr and 10 or 20% of nano powder [alpha]-Al2O3 was applied in a high energy ball mill in order to refine the grain size and to mix exactly the components. A final grain size of milled powder was estimated to be below 50 nm with a uniform distribution of Al2O3 powder particles. No agglomeration of Al2O3 powder particles was observed. Hot pressing at 380°C of milled powders do not causes significant grain growth and the average size of alpha-Al solid solution was estimated at 100 nm; only a few grains approaching 200 nm were observed. The grain growth was limited due to the addition of 2% of Zr forming Zr2Al phase and dissolving in al solid solution. Obtained composites have shown a low porosity of less than 1%. The nanocomposites containing 20% of Al2O3 have shown a high hardness of 310 HV and a high compression strength near 770 MPa. The tests proved a good plasticity of samples attaining 15% of plastic compression. Compression curves have shown jumps of stress in the plastic deformation range due to Portevin-Le Chatelier effect.

14

Relationship between Mixing Conditions and Properties of Sintered20AlN/80Cu Composite Materials

Chmielewski M., Kaliński D., Pietrzak K., Włosiński W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 2

579-585

EN

In the technology of heat-sink composite materials powder preparation process becomes very important. It should assure the uniform distribution of reinforcement in the matrix and to avoid of any changes of chemical composition of starting materials. In the present study the mechanical alloying process was carried out with the composition of AlN20-Cu (in % vol.). To obtain the powder mixtures different mixing conditions (e.g. rotation speed, ball to powder mass ratio, mixing time) were used. There were analyzed the grain size, microstructure and chemical state of prepared mixtures after mixing process. Then the hot-pressing of composite materials were conducted. The close correlation between mixing conditions and properties of AlN-Cu composites was observed.

PL

W przypadku wytwarzania materiałów kompozytowych przeznaczonych na odbiorniki ciepła w układach elektronicznych szczególnego znaczenia nabiera proces przygotowania mieszanin proszków. Powinien on zapewniać równomierne rozmieszczenie wzmocnienia w osnowie kompozytu oraz wyeliminować niekorzystne zmiany fazowe materiałów wyjściowych. W prezentowanej pracy przeprowadzono proces mechanicznej syntezy proszków o składzie 20AlN-80Cu (% obj.). Analizowano wpływ warunków procesu mieszania (tj. prędkości obrotowej młynka, stosunku masy kulek do masy proszku (BPR), czasu mieszania) na uziarnienie, mikrostrukturę oraz skład fazowy otrzymywanych mieszanin. Następnie proszki poddano procesowi spiekania pod ciśnieniem. Stwierdzono wyraźne zależności pomiędzy warunkami procesu mieszania a właściwościami otrzymywanych materiałów kompozytowych.

15

Mechanical properties and corrosion resistance of nickel-free nanocrystalline austenitic steel

Tulinski M., Jurczyk M.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2010

|

Vol. 34, nr 1

73-79

EN

In this work, a nanocrystalline nickel-free stainless steels have been synthesized by the combination of mechanical alloying (MA), heat treatment and nitrogenation of elemental microcrystalline Fe, Cr, Mn and Mo powders. The process parameters, morphology and microhardness of obtained powders were determined. Phase transformation from the ferrite phase to austenite was confirmed by XRD analysis. Corrosion potentiodynamic tests were performed in H2SO4. The microhardness of the final bulk material was studied using Vickers method. According to existing conceptions, decreasing of material's crystallites size to nanometric scale allows to achieve much better mechanical properties (e.g. microhardness) compared to conventional materials. With regard to austenitic stainless steels it could help to obtain better products with better mechanical properties and corrosion resistance.

PL

Wytworzono z czystych proszków metali Fe, Cr, Mn i Mo nanokrystaliczną austenityczną stal bezniklową. Opracowano warunki procesu mechanicznej syntezy (MA) i obróbki cieplno-chemicznej - azotowania. Struktura ferrytyczna umożliwia prowadzenie dokładnej obróbki skrawaniem wyrobów z tej stali. Azotowanie w wysokiej temperaturze poprawia właściwości mechaniczne i zwiększa odporność na korozję. Omówiono warunki prowadzenia procesu, morfologii mikrostruktury i cząstek oraz wynik badań twardości i odporność na korozję. Analiza wyników badań wskazuje na dwukrotne zwiększenie twardości wytworzonej stali w porównaniu ze stalą konwencjonalną, a także poprawę odporności na korozję w środowisku H2SO4. Proces mechanicznej syntezy zmniejsza prędkość korozji wytworzonej stali.

16

Titanium-silica nanocomposites: preparation and characterization

Niespodziana K., Jurczyk K., Jurczyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 3

875-880

EN

In this investigation Ti-SiC>2 (3, 10 vol%) nanocomposites were produced by the combination of mechanical alloying (MA) and powder metallurgical process. The resulting microstructures were characterized using X-ray difFraction, scanning eleclron microscope with energy dispersive X-ray spectrometry and transmission electron microscopy. The properties of the nanocomposites were investigated by mechanical, corrosion and biocompatibility studies. The experimental results show, that Ti-SiOi nanocomposites have good corrosion resistance and biocompatibility in comparison with microcryslalline titanium. Vickers' microhardness of Ti-10 vol% Si02 nanocomposites is 650 HV0.2 (pure Ti metal - 225 HV0.2). In conclusion, titanium - ceramics nanocomposite are suitable for hard tissue replacement from the point of view of both mechanical and corrosion properties.

PL

Celem niniejszej pracy było wytworzenie nanokompozytowych biomateriałów typu Ti-SiC>2 (3, 10% wag.) metodą mechanicznej syntezy i metalurgii proszków. Mikrostruktura wytworzonych kompozytów była badana przy użyciu dyfrakcji promieni rentgenowskich, skaningowego mikroskopu elektronowego z mikroanalizatorem rentgenowskim i transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Zbadano również własności mechaniczne, odporność korozyjną i biokompatybilność otrzymanych kompozytów. Z przeprowadzonych badań wynika, że nanokompozyty typu Ti-SiOi posiadają lepsze własności mechaniczne (mikrotwardość Vickersa dla Ti-10% Si02 wynosi 650 HV0.2 a dla tytanu 225 HV0.2), wyższą odporność korozyjną i biozgodność w porównaniu do mikrokrystalicznego tytanu. Z tego względu, nanokompozyty tytanowo - ceramiczne mogą stać się perspektywicznymi biomateriałami do zastosowań na implanty medyczne.

17

Development of nanograined Ti-Al-Graphite (Ni-P) by mechanical alloying route

Agarwala R. C., Agarwala V., Karwan-Baczewska J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 1

57-61

EN

TiAI base intermetallic is one of a new materials for high temperature applications due to, high strength to weight ratio and high melting temperature, high stiffness and modulus of elasticity, good oxidation and corrosion resistance, positive dependence of strength on temperature (T< 873 K). However, it encounters limitation, like brittleness at room temperature and this effect may be reduced or eliminated if nanosized grains are produced. In this work, an attempt has been made to produce intermetallic compound of TiAI based nanocomposite by using mechanical alloying method. Electroless Ni-P coated graphite powder has been mixed with titanium and aluminium powders to study the effect of this addition. The effect of grain size on the process parameters like weight percentage on time of milling (up to 50h) and rotation per minute (rpm) of the milling (up to 400) are studied. The morphology of the grains is characterized by XRD, SEM and TEM.

PL

Związki międzymetaliczne TiAl należą do nowych materiałów stosowanych na elementy żaroodporne i żarowytrzymałe ze względu na ich wysoką wytrzymałość, twardość i moduł sprężystości jak również wysoką temperaturą topnienia, odporność na korozje oraz żarowytrzymałość zwlaszcza w zakresie temperatur (T< 873 K). Jednak podstawową wad spiekanych stopów TiAI jest ich kruchość6 w temperaturze otoczenia. Powyższe zjawisko może być wyeliminowane poprzez zastosowanie bardzo drobnoziarnistych proszków o wielkości ziarna rzędu „nano" tzw. nanoproszków. W niniejszej pracy przedstawiono inetodę wytwarzania zwiazków międzymetalicznych TiAI na bazie nanoproszków produkowanych w wyniku procesu mechanicznej syntezy. Proszek grafitu powlekany bezprądowo (Ni-P) był mieszany z proszkiem tytanu i aluminium. W toku eksperymentów badano wpływ powlekanego (Ni-P) proszku grafitu na własności stopów TiAI. Analizowano również wpływ czasu mielenia (aż, do 50h) i prędkości obrotowej młyna (aż do 400 obrotów na minutę) na stopień rozdrobnienia proszków. Kształt i wielkość ziarna proszków kompozytowych Ti-Al- grafit (Ni-P) była przeprowadzona za pomocą mikroskopu skaningowego (SEM) oraz transmisyjnego (TEM).

18

Structure and properties of Al67Ti25Fe8 alloy obtained by mechanical alloying

Pilarczyk W., Nowosielski R., Jodkowski M., Labisz K., Krztoń H.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 31, nr 1

29-32

EN

Purpose: The goal of this work is to investigate structure and properties of powdersAl₆₇Ti₂₅Fe₈ alloys obtained by mechanical alloying. Design/methodology/approach: The powders of the Al₆₇Ti₂₅Fe₈ alloys were obtained by mechanical alloying method in a planetary Fritsh Pulverisette 5 mill. The changes of the constitution phases were tested by means of the X-ray diffractometer. The microscopic observation of the shape and size of the powdered material particles was carried out by the scanning electron microscope. The cross-sectional microstructure evolution and element distribution of Al₆₇Ti₂₅Fe₈ powder alloys were investigated using backscattering electrons of SEM. The distribution of powder particles was determined by a sieve analysis. Findings: The laboratory test shows that, by using the mechanical alloying method, one can produce powder of Al₆₇Ti₂₅Fe₈ alloys with intentional chemical constitution and desirable structure. Neither impurities nor undesirable phases were observed inside the milled materials. Research limitations/implications: Using refinement of grains and phase modification it is possible to improve properties of Al₆₇Ti₂₅Fe₈ alloy. All of the presented experiments in this article are made on a laboratory scale. It is intended to develop this laboratory scale technology of production materials with better properties then traditionally cast materials in order to bring it into full production in industry. Originality/value: In addition a good microstructural homogeneity end first of all mechanical properties was achieved, also practical application will be possible. The Al-Ti-Fe alloys have been considered to be potentially important for applications at high temperature owing to their low density end expected high specific strength.

19

Nanocrystalline Ni3Al-based alloys produced from aluminium scrap by mechanical alloying and subsequent heating

Antolak-Dudka A., Krasnowski M., Kulik T.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

504-507

EN

As it is known, the reduction of grain size to the nanometer scale can improve the mechanical properties of materials. In this work, the nanocrystalline powders containing 75at.% of Ni and 25at.% of Al and other alloying elements were produced by ball milling of powdered aluminium scrap (silumins) with addition of Ni powder. The powders were investigated by X-ray diffraction after different stages of milling. The thermal stability of the milled powders was studied using differential scanning calorimetry. The results obtained show that at the first stage of milling small zones of supersaturated Ni(Al,Si...) solid solution were formed. At the end of milling the supersaturated Ni(Al,Si...) solid solution was the milling product. Upon heating of the powders in the calorimeter the Ni(Al,Si...) solid solution became ordered and transformed into the Ni3Al intermetallic based phase.

PL

Jak wiadomo, zmniejszenie wielkości ziarna do skali nano poprawia własności mechaniczne metali. W niniejszej pracy nanokrystaliczne proszki o składzie 75at.% Ni oraz 25at.% Al wraz z pierwiastakami stopowymi wytworzono metodą syntezy mechanicznej z wykorzystaniem sproszkowanego złomu aluminiowego z dodatkiem odpowiedniej ilości niklu. Proszki badano w różnych stadiach mielenia przy użyciu rentgenowskich badań dyfrakcyjnych. Efekty cieplne towarzyszące nagrzewaniu proszków były obserwowane za pomocą skaningowej kalorymetrii różnicowej. Stwierdzono, że w początkowym stadium mielenia tworzą się obszary przesyconego roztworu stałego Ni(Al,Si...), który jest produktem końcowym mechanicznej syntezy. Podczas nagrzewania proszków w kalorymetrze roztwór stały Ni(Al,Si...) ulega przemianie w uporządkowany stop na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al.

20

Nanocrystalline Al-30%Fe alloy obtained by mechanical alloying and hot-pressing

Krasnowski M., Kulik T.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

411-414

EN

In the present study, mechanical alloying followed by hot-pressing consolidation has been used to obtain bulk nanocrystalline Al-30%Fe alloy. Nanocrystalline two-phase Fe(Al)+Al5Fe2 alloy was the product of mechanical alloying of Al-30%Fe powder mixture. The milling product was hot-pressed at 1000 °C for 180 s under a pressure of 7.7 GPa. Structural investigations of the consolidated material revealed that ordering of the Fe(Al) and its transformation into FeAl intermetallic had occurred during sintering and that the mean crystallite size of the FeAl and Al5Fe2 intermetallics were 33 nm and 26 nm respectively. Hence, nanoscale grain size was retained after applied consolidation process. The average microhardness of produced material is 986 HV0.2. The density of compacted materials is 4.38 g/cm3 and its open porosity is 0%. The results obtained show that the quality of compaction with preserving nanometric grain size of the material is satisfactory and its microhardness is relatively high.

PL

W pracy wytworzono lity nanokrystaliczny stop Al-30%Fe wykorzystując syntezę mechaniczną i konsolidację poprzez prasowanie na gorąco. Produktem syntezy mechanicznej mieszaniny proszków Al-30%Fe był nanokrystaliczny stop dwufazowy Fe(Al)+Al5Fe2. Produkt mielenia poddano prasowaniu na gorąco w temperaturze 1000 °C przez 180 s pod ciśnieniem 7,7 GPa. Badania strukturalne skonsolidowanego materiału wykazały, że podczas prasowania nastąpiło uporządkowanie roztworu stałego Fe(Al) i jego przemiana w fazę międzymetaliczną FeAl oraz że średnia wielkość ziaren faz międzymetalicznych FeAl i Al5Fe2 jest równa odpowiednio 33 i 26 nm. Średnia mikrotwardość wytworzonego materiału wynosi 986 HV0,2. Gęstość skonsolidowanego materiału wynosi 4,38 g/cm3, a jego porowatość otwarta - 0%. Uzyskane wyniki pokazały, że jakość konsolidacji z zachowaniem nanometrycznej wielkości ziaren w materiale jest zadowalająca, a jego mikrotwardość - relatywnie wysoka.