Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

114-119

EN

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

PL

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

2

Cast in situ composites of Ni3Al / MeC type

Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archives of Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 9, iss. 2

81-86

EN

In this work a new method SHSB (Self- Propagating High-Temperature Synthesis in Bath) has been used to produce of five new composites i.e.Ni3Al / TiC, Ni3Al / WC, Ni3Al / Zr, Ni3Al / NbC and Ni3Al /TaC (in the amount of carbides of 5% volume fraction.) The composites fabricated by the 'in situ' process, with the Ni3Al compound used as a matrix material and the reinforcement composed of Ti, W, Zr, Nb or Ta carbide particles were made. Fabrication of composites was carried out in Balzers vacuum furnace and conducted the process in the atmosphere of argon at a negative gas pressure of 0,5 MPa. After melting down of aluminium and completion of the exothermic reaction between mixing powder of carbon, aluminium, titanium or tungsten, zirconium, niobium and tantalum, boron in the form of Al-B 3% master alloy was introduced to alloy melt. From thus fabricated composites, the specimens were prepared for metallographic examinations, and scanning topographic analysis. It have been shown that the size of TiC and TaC particles was comprised in a range of up to 10 [...]. The NbC and ZrC carbides were characterised by the dimensions of up to 20 [...], while WC carbides were the largest (up to 80 [...].) In all the examined composites, the X-ray microanalysis revealed total absence of reaction products at the matrix reinforcing particle interface. The SHSB process eliminated the fundamental problem - reactivity of the matrix-particle system, observed in the ex situ methods .

3

Wpływ rodzaju fazy wzmacniającej na naprężenie płynięcia plastycznego wybranych kompozytów MMCs o osnowie aluminiowej

Fraś E., Kolbus A., Janas A.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

120-124

PL

Kompozyty z osnową aluminiową są bardzo atrakcyjnym materiałem konstrukcyjnym, który charakteryzuje się wysokimi właściwościami trybologicznymi i mechanicznymi w połączeniu z bardzo korzystnym stosunkiem wytrzymałości do gęstości. Właściwości użytkowe tych kompozytów zależą od rodzaju, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy wzmacniającej, a także od doboru osnowy oraz metody wytwarzania. Tradycyjną metodą otrzymuje się kompozyty MMCs w procesie ex situ przez przygotowanie w odrębnym procesie fazy zbrojącej, którą następnie wprowadza się do materiału osnowy np. metodą mieszania. W procesie in situ faza wzmacniająca powstaje w wyniku reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy składnikami stopu w ciekłej kąpieli metalowej. Wybrano zmodyfikowany wariant metody SHS, tj. proces SHSB - samorzutnej egzotermicznej syntezy wewnątrz kąpieli metalowej [1, 2]. Metoda ta została zastosowana do otrzymania w procesie in situ kompozytów Al+TiC oraz Al+TiB2. Z czystych sproszkowanych materiałów - tytanu, aluminium, boru oraz węgla wykonano brykiety o stechiometrycznym składzie, zapewniającym możliwość zajścia syntezy odpowiednio TiC oraz TiB2. Brykiety te wprowadzano następnie do ciekłego stopu. Syntezę kompozytów zrealizowano w próżni, a gotowe materiały zostały odlane do stalowej kokili. W drugiej części eksperymentu przygotowano klasyczne kompozyty ex situ typu DURALCAN z cząstkami umacniającymi SiC. Z tak wykonanych odlewów kompozytów wycięto próbki do badań metalograficznych, strukturalnych i wytrzymałościowych. Wykonano badania rentgenostrukturalne oraz badania wytrzymałościowe, stosując izotermiczną próbę ściskania zarówno w temperaturze 293 K, jak i podwyższonej 623 K. Na podstawie otrzymanych wyników wykazano, że kompozyty typu Al-t-TiC mają wyższe właściwości wytrzymałościowe w porównaniu z kompozytami typu DURALCAN oraz Al+TiB2.

EN

Aluminium-based metal matrix composites are a very attractive material for constructions, characterised by high tribological and mechanical properties, effectively combined with a very advantageous strength-to-density ratio. The utilisation properties of these composites depend on the type, size and volume fraction of particles of a reinforcing phase, and also on the choice of the matrix type and the method of fabrication. In a traditional way, MMCs arc fabricated by an ex situ process, i.e. preparing in a separate process the reinforcing phase, which is next introduced to the composite matrix by, e.g., mixing. In the in situ process, the reinforcing phase is formed as a result of chemical reactions which proceed between the alloy constituents in metal bath. An improved variant of the SHS process has been selected, i.e. the SHSB process - self-propagating high temperature synthesis in metal bath [1, 2]. The method has been applied in fabrication of in situ AI+TiC and Al+TiB2 composites. From pure powdered materials, like titanium, aluminium, boron and carbon, briquettes of stochiometric composition, ensuring the synthesis of TiC and TiB2, respectively, were prepared. The briquettes were next introduced to molten alloy. The composite synthesis was performed in vacuum; the ready materials were cast in a steel die. In the second part of the experiment, the traditional, DURALCAN type, ex situ composites reinforced by SiC particles were fabricated. From thus prepared composite castings, specimens were cut out for metallographic and structural examinations, and for mechanical testing. The structure was examined by X-raying; the mechanical properties were tested in isothermal compression test at both standard temperature of 293 K and elevated temperature of 623 K. Basing on the obtained results it has been proved that Al+TiC composites arc characterised by mechanical properties higher than the DURALCAN type composites and AI+TiB2 composites.

4

Odlewany kompozyt Ni3Al/TiC - struktura i właściwości wytrzymałościowe

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

136-141

PL

Przedstawiono wyniki badań związane z opracowaniem metody syntezy kompozytu in situ Ni3Al/TiC oraz oceną właściwości wytrzymałościowych na podstawie wyników prób ściskania i rozciągania prowadzonych w temperaturach otoczenia i podwyższonej. Zoptymalizowano oszczędnościowy proces wytapiania (OPW) stopów na osnowie fazy Ni3Al z wykorzystaniem egzotermicznej reakcji pomiędzy aluminium i niklem. Wykazano, że metoda OPW umożliwia syntezę kompozytu na osnowie związku międzymetalicznego Ni3Al. Badaniami objęto stopy na osnowie fazy Ni3Al z dodatkiem 0,05% wag. boru. Metodą SHSB wytworzono w uplastycznionej borem osnowie węgliki tytanu, których udział objętościowy wynosił 5%. Wykonano badania mikrostrukturalne i rentgenowskie kompozytu Ni3Al/TiC. Porównano właściwości wytrzymałościowe uplastycznionej osnowy Ni3Al oraz kompozytu Ni3Al/TiC. Przeprowadzone badania wykazały, że międzymetaliczną fazę Ni3Al z dodatkiem boru można przekształcić w kompozyt in situ, charakteryzujący się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi zarówno w temperaturze otoczenia, jak i podwyższonej, przy zachowaniu zadowalającej plastyczności. Wytworzony opisaną metodą kompozyt stanowić może interesujący materiał konstrukcyjny przeznaczony do pracy w podwyższonych temperaturach.

EN

The study presents the results of investigation concerning the development of a method of in situ synthesis of Ni3Al/TiC composite and the strength properties examined in compression and tensile tests at ambient and high temperatures. An OWP-Exomelt cost-saving melting process, using an exothermal reaction between aluminium and nickel, was optimised for Ni3Al-based alloys. It has been proved that OWP enables the synthesis of composite materials based on an intermetallic Ni3Al compound. The research covered Ni3Al phase-based alloys, containing boron in an amount of 0.05% by weight. Using a SHSB technique, titanium carbides in the amount of 5 wt.% were produced in the boron-treated base material. Microstructural and X-Ray examinations were carried out on the fabricated Ni3Al/TiC composite. The strength properties of the Ni3Al base material were compared with the strength properties of composite. The investigation has proved that the intermetallic, boron-containing phase of Ni3Al can be transformed into in situ composite characterised by good strength properties at ambient and high temperatures, preserving additionally satisfactory plastic properties. The composite can be a valuable material for constructions for high temperature applications.

5

Dyfuzyjne warstwy MeCrAlY+Al otrzymywane metodą Arc-PVD na stopach niklu.

Swadźba L., Maciejny A., Mendala B., Supernak W.

Inżynieria Materiałowa

|

1999

|

R. XX, nr 5

308-313

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem warstw żaroodpornych na niklu metodą Arc-PVD z wykorzystaniem reakcji egzotermicznej pomiędzy NiAl. W wyniku tej reakcji powstaje faza NiAl. Obróbka cieplna w temperaturze 1050 stopni Celsjusza prowadzi do powstawania warstwy o grubości 50 mikrometrów i zawartości aluminium 21%wag. W następnym etapie wytwarzano bardziej złożone pokrycia NiCoCrAlY. Wykazano możliwość osadzania tego typu pokryć metodą Arc-PVD. Stwierdzono pewne zróżnicowanie pomiędzy zawartością pierwiastków w targecie a ich zawartością w pokryciu. Rozmieszczenie pierwiastków na przekroju pokrycia było równomierne. Następnie na pokrycie NiCoCrAlY nanoszono warstwę aluminium. Przez zmianę parametrów w komorze wywoływano reakcję egzotermiczną z utworzeniem fazy NiAl zawierającej Co, Cr, Y. Uzyskano w ten sposób pokrycie o składzie chemicznym niezależnym od składu chemicznego stopu. Wykazano możliwość modyfikacji pokryć itrem, jakkolwiek stwierdzono jego skłonność do segregacji. Metoda Arc-PVD stwarza możliwość otrzymywania pokryć o założonym składzie chemicznym oraz wysokiej odporności na utlenianie i hot corrosion.

EN

Investigations of obtaining high temperature coatings on the Ni base superalloys by the Arc-PVD method, using exothermic reaction processes between Ni and Al with NiAl intermetallic formation are presented in the article. By the diffusion heating at 1050 degrees centigrade NiAl high temperature diffusion coating containing 21%at.Al and 50 micrometers thick was obtained. In the next stage coatings with more complex chemical composition - NiCoCrAlY were formed. The two targets were applied for formation of the complex NiCoCrAlY coatings. The good consistence between the chemical composition of the targets and the coatings and an uniform distribution of elements in the coatings were shown. Then the surface was covered with aluminium also by the Arc-PVD method. In the vacuum chamber of the equipment a synthesis reaction between NiCoCrAlY and Al with the formation of NiAl intermetallics of high Co, Cr, Y content was initiated by the changes in process parameters. The final heat treatment of coatings was conducted in the air and vacuum at 1050 degrees centigrade. The strong segregation of yttrium in to the oxide scale in the specimens heated in the air was shown. It was possible to obtain NiAl intermetallics phase coatings modified by Co, Cr and Y by the Arc-PVD method. An example of the application of this method for the aircraft engine turbine blades was presented. Method of Arc-PVD gives the possibility chemical composition and high resistance to oxidizing and hot corrosion.