Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Investigating mechanical and physical properties of stir casted Al6061/nano Al2O3/quartz hybrid composite

100%

Tirfe D. , Woldeyohannes A. , Hunde B. , Batu T. , Geleta E.

|

tom Vol. 40, nr 1

189--201

EN

Aluminum alloys are widely used in different engineering application areas, such as aerospace, automotive, and marine industries. However, their properties need some improvement in order to enlarge their application area. Thus, the objective of the study was to improve the physical and mechanical properties of Al6061 aluminum alloy by reinforcing it with nano-Al2O3 and micro-quartz particles. The investigation primarily was focused on studying the impact of quartz particles on the mechanical and physical properties of an Al6061/nano Al2O3/quartz hybrid composite. The hybrid composite was developed using a stir casting technique, by varying the weight percentage of quartz particles at 3%, 6%, and 9%, while maintaining a constant weight percentage of nano-Al2O3 at 3.5%. To evaluate the composite's properties, test samples were prepared according to ASTM E9-09 and ASTM E23 standards for hardness, compressive strength, creep, and impact energy absorption, respectively. The results of the investigation demonstrate that, with the addition of 9 wt.% of micro-quartz particles and 3.5 wt.% of nano-Al2O3 nanoparticles, all mechanical and physical properties of the matrix were improved, except for the impact strength. Based on these results, the developed hybrid composite material can be recommended for light weight automotive spare parts such as brakes and clutch discs.

PL

Stopy aluminium są szeroko stosowane w różnych obszarach zastosowań inżynieryjnych, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny i morski. Właściwości stopów aluminium wymagają udoskonaleń, aby zwiększyć zakres ich zastosowań. Celem badań była poprawa właściwości fizycznych i mechanicznych stopu aluminium Al6061 poprzez wzmocnienie nanocząstkami Al2O3 i cząstkami mikrokwarcu. Badania skupiały się przede wszystkim na badaniu wpływu cząstek kwarcu na właściwości mechaniczne i fizyczne kompozytu hybrydowego Al6061/nano Al2O3/kwarc. Kompozyt hybrydowy opracowano techniką odlewania z mieszaniem, zmieniając udział wagowy cząstek kwarcu na 3%, 6% i 9%, utrzymując natomiast stały udział wagowy nanocząstek Al2O3 (3,5%). Do oceny właściwości kompozytu, przygotowano próbki testowe zgodnie z normami ASTM E9-09 i ASTM E23 dotyczącymi odpowiednio twardości, wytrzymałości na ściskanie, pełzania i pochłaniania energii uderzenia. Wyniki badań wykazały, że dodatek 9% kwarcu i 3,5% nanocząstek Al2O3 spowodował poprawę wszystkich właściwości mechanicznych i fizycznych osnowy, z wyjątkiem udarności. Na podstawie uzyskanych wyników, opracowany hybrydowy materiał kompozytowy może być zalecany do lekkich części zamiennych do samochodów, takich jak tarcze hamulcowe i sprzęgła.

2

Tribological properties of hybrid aluminium matrix composites reinforced with boron carbide and ilmenite particles for brake rotor applications

100%

Gupta R. , Nanda T. , Pandey O. P.

|

tom Vol. 23, no. 1

art. no. e47, 2023

EN

In the present study, stir casting process was employed to incorporate a blend mixture of ilmenite (FeTiO3) and boron carbide (B4C) particles in the matrix of LM13 base alloy. The study demonstrated the effect of individual reinforcement, weight percentage and mixing proportion on wear behaviour of LM13 alloy for brake rotor applications. Composite with 15 wt.% of reinforcement having 75% proportion of boron carbide (15BI-31 composite) shows change in silicon morphology to globular and highest refinement of silicon structure. Highest wear resistance, highest hardness, lowest coefficient of thermal expansion and lowest friction coefficient values were obtained for 15BI-31 composites. The addition of ilmenite particles enhances the properties of BI composites by making the strong interfacial bonding and enhancing the oxidation rate of sliding surface. However, the increase in dislocation density by boron carbide particles helps in enhancing the hardness of composites which contributes in providing the stability to mechanical mixed layer. The comparable wear property (17% higher wear rate), low processing cost and low material cost of 15BI-31 composite make it a suitable material for brake rotor applications. The predominant wear mechanism for composites was observed to be abrasive wear and delamination wear. However, the severity of wear mechanism changes as the applied load increases.

3

Mesomorphic organisation of (2-hydroxypropyl)cellulose under the influence of silica networks

100%

Wojciechowski P. , Halamus T. , Pietsch U.

Materials Science Poland

|

2006

|

tom Vol. 24, No. 2/2

507--516

EN

Mesomorphic behaviour of (2-hydroxypropyl)cellulose (HPC) within organic-inorganic hybrid materials was investigated. Hybrid materials HPC/silica were prepared by means of the sol-gel process, with hydrolysis and condensation of (tetraethoxy)silane taking place in the mesomorphic environment of HPC. Solid films of HPC/silica were investigated using the Raman spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermo-optical analysis, and small angle X-ray scattering. Additionally, swelling by water was tested. The analysis of the results leads to the following conclusions: (i) silica has a strong stabilisation effect on the mesomorphic organisation of HPC: the glass transition temperature and isotropisation temperature of HPC are shifted to higher values; (ii) X-ray measurements reveal a nano-scale organisation of the HPC/silica hybrids with d-spacing equal to 65A; a long-range organisation within HPC/silica hybrids seems to be related to a surface induced ordering; (iii) curing of HPC/silica hybrids affects the swelling behaviour. s.

4

Hybrid composites with ceramic reinforcing phase modified by solid lubricants destined for vehicle subassemblies

80%

Posmyk A. , Myalski J.

|

tom R. 13, nr 2

135--140

EN

The new trend in designing and manufacturing machines and devices e.g. for the food and pharmaceutical as well as automotive industry, is replacing lubricating oils with solid lubricants incorporated into the surface layer of engineering materials. Incorporating solid lubricants helps decrease both the friction resistance and wear of rubbing parts as well as reduce the amount of lubricating oils to ensure efficiency and effectiveness at much lower operational costs. Moreover, the use of a solid lubricant as an additional phase in a friction material does not damage the environment by oil penetration through leaks or accumulation of waste oil residues. At the Silesian University of Technology, a novel method of obtaining a new generation composite containing glassy carbon as a solid lubricant has been developed. The uniqueness of the elaborated technology is the fact that glassy carbon is produced directly in a ceramic from a previously introduced liquid precursor. Such a solution, compared to the so far applied methods where the prepared carbon particles are mixed with the alloy matrix, appear to offer some advantages. Firstly, the manufacturing costs are lower because there is no need for the expensive procedure of mixing the reinforcing phase with the liquid metal matrix. Secondly, glassy carbon distribution throughout the entire volume of the composite is uniform, free from sedimentation or agglomeration and particles clustering. The presence of uniformly distributed glassy carbon greatly affects the tribological properties of the composite. This is possible due to the low shear resistance and high hardness as well as excessive thermal stability of the glassy carbon. An additional advantage seems to be its low thermal expansion. The friction coefficient determined during rubbing against cast iron GJL-300 in the conditions of friction in air ranges between 0.08 to 0.14.

PL

Nowym kierunkiem w projektowaniu i wytwarzaniu maszyn i urządzeń, np. dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego czy produkującego podzespoły pojazdów, jest zastępowanie olejów smarowych smarami stałymi wbudowanymi w warstwy powierzchniowe tworzyw konstrukcyjnych. Wbudowanie smarów stałych pozwala zmniejszyć opory tarcia i zużycie współpracujących części oraz zmniejszyć ilość olejów smarowych niezbędnych do zapewnienia niezawodnej współpracy przy utrzymaniu dotychczasowej sprawności, co obniża koszty eksploatacji. Ponadto zastosowanie smaru stałego stanowiącego dodatkową fazę w materiale ciernym zmniejsza obciążenie środowiska olejami przedostającymi się przez nieszczelności oraz pozostałościami po olejach przepracowanych. Na Politechnice Śląskiej opracowano metodę wytwarzania kompozytu nowej generacji zawierającego wbudowany węgiel szklisty pełniący rolę smaru stałego. Nowością w opracowanej technologii jest to, że węgiel szklisty jest wytwarzany bezpośrednio w ceramice z uprzednio wprowadzonego płynnego prekursora. Takie rozwiązanie, w porównaniu z dotychczasowymi metodami, polegającymi na mieszaniu preparowanych cząstek węgla ze stopem osnowy, ma kilka zalet. Pierwszą z nich są mniejsze koszty wytwarzania, ponieważ nie wymaga kosztownego mieszania fazy zbrojącej z ciekłym metalem osnowy. Drugą jest równomierny rozkład węgla szklistego w całej objętości kompozytu, bez sedymentacji lub aglomeracji i grupowania cząstek. Obecność równomiernie rozłożonego węgla szklistego wywiera istotny wpływ na właściwości tribologiczne kompozytu. Jest to możliwe dzięki małej wytrzymałości na ścinanie (30 MPa) i dużej twardości (6÷7 w skali Mohsa, 230÷340 HV) oraz bardzo dużej stabilności termicznej węgla szklistego. Dodatkowym atutem jest mała rozszerzalność cieplna (1,2 do 3,2 x 10-6K-1). Współczynnik tarcia we współpracy z żeliwem GJL-300 w warunkach tarcia technicznie suchego mieści się w przedziale 0,08 do 0,14.

5

Intrinsic cellulosic fiber architecture and their effect on the mechanical properties of hybrid composites

80%

NagarajaGanesh B. , Rekha B.

|

tom Vol. 20, no. 4

406--417

EN

This study is mainly focused on the intrinsic fiber parameters and their influence on the mechanical properties of the hybrid composites. Cellulosic fibers are extracted from mesocarp of Cocos nucifera fruit and outer mat of Luffa cylindrica fruit. The inherent fiber parameters such as fiber diameter, lumen diameter, cell wall thickness are observed under light microscope. Micro-fibrillar angle is found using X-ray diffraction technique. Three varieties of hybrid polymer composite samples are fabricated using Cocos nucifera and Luffa cylindrica fibers as reinforcements in the ratio 2:1, 1:1 and 1:2 respectively employing hand layup technique with their combined weight maintained as 30%. Significant response in the Load Vs Deflection curve and mechanical properties of the hybrid composites are found attributing to the difference in the respective weight proportion of the constituent fibers in the hybrid composite system. Results exemplify that the hybrid composite sample comprising Cocos nucifera and Luffa cylindrica fibers in the ratio 1:2 capitulates the maximum flexural strength and impact strength of 31.05 MPa and 14.24 kJ/m2 respectively when compared with other hybrid composites. The reason for the difference in mechanical strength of hybrid composite samples containing two different fibers is found to be related to the built-in architecture and physical characteristics of the constituent fibers. The morphology of the fractured samples are examined and reported. It is concluded that properties of hybrid composites can be tailor made depending upon the requirements either by using the Cocos nucifera fibers to impart ductility or Luffa cylindrica fibers to impart brittleness.

6

Mechanical properties of QE22 magnesium alloy based composites

80%

Drozd Z. , Trojanova Z. , Jager A.

|

tom R. 4, nr 10

137-142

EN

Mechanical properties of two magnesium alloy based composites were studied. Composite with QE22 matrix reinforced by 20 vol.% of Al2O3 short fibres and hybrid composite (QE22 + 5 vol.% Al2O3 fibres and 15 vol.% SiC particles) were deformed in compression at temperatures from RT up to 400°C. Two types of specimens were investigated - one with fibres plane oriented parallel to the stress axis and the other with perpendicular fibres plane orientation. Temperature dependencies of the characteristic stresses [sigma](02) and [sigma](max) were studied. Mechanical properties of composite materials were compared with the monolithic QE22 matrix alloy. Optical and scanning electron microscopy were used for study of microstructure of materials. Possible hardening and softening mechanisms are discussed.

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych dwóch kompozytów na osnowie stopu magnezu QE22. Kompozyt umacniany 20% obj. krótkich włókien Al2O3 oraz kompozyt hybrydowy umacniany 5% obj. włókien Al2O3 i 15% obj. cząstek SiC odkształcano poprzez ściskanie od temperatury pokojowej (RT) do 400°C. Dodatkowo, w celach porównawczych, badaniom poddano również sam stop osnowy QE22. Wyznaczono charakterystki naprężeń [sigma](02) oraz [sigma](max) w zależności od temperatury. Badaniom poddano dwa rodzaje próbek: z włóknami ukierunkowanymi równolegle i prostopadle do osi naprężeń. Badania mikrostrukturalne materiałów kompozytowych przeprowadzono z zastosowaniem mikroskopii optycznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Poddano dyskusji możliwe mechanizmy umacniania i uplastyczniania badanych materiałów.

7

Hybrid composites with epoxy resin matrix manufactured with vacuum casting technology

80%

Oleksy M. , Heneczkowski M. , Oliwa R. , Budzik G. , Dziubek T. , Markowska O. , Szwarc-Rzepka K. , Jesionowski T.

|

2014

|

tom T. 59, nr 9

677—681

EN

The paper presents the methodology of the process of manufacturing of technical profile models on the example gear wheels made of epoxy composites cast in silicone molds using vacuum casting technology. Research on preparation of epoxy resin composites filled with hybrid modifiers has been carried out. Mechanical and processing properties of composites have been evaluated, particularly in terms of application in rapid prototyping of gear wheels. Considerable improvement of tensile strength (up to 44 %) and unnotched impact strength (up to 93 %) has been observed. Geometric accuracy of gear wheels prepared by casting of the analyzed hybrid composites has been determined using a coordinate measuring machine. Morphology of the brittle fracture of studied composites has been observed on brittle fractures using a scanning electron microscope (SEM).

PL

W artykule przedstawiono metodykę procesu wytwarzania modeli profili technicznych na przykładzie kół zębatych wykonanych z kompozytów epoksydowych metodą odlewania próżniowego w formach silikonowych. Otrzymano kompozyty na osnowie żywicy epoksydowej napełnione modyfikatorami hybrydowymi. Oceniono właściwości użytkowe i przetwórcze kompozytów, zwłaszcza pod względem możliwości ich zastosowania w metodach szybkiego prototypowania do otrzymywania kół zębatych. Stwierdzono wyraźną poprawę wytrzymałości na rozciąganie (do 44 %) oraz udarności bez karbu (do 93 %). Na stanowisku współrzędnościowym określono także dokładność geometryczną odlanych modeli kół zębatych, a za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) zbadano ich morfologię, obserwowaną na kruchych przełomach.

8

Synergistic toughening and strengthening of an epoxy resin modified by simultaneous use of two different modifiers

80%

Białkowska A. , Suroń P. , Kucharczyk W. , Hanulikova B. , Bakar M.

|

tom Vol. 72, nr 3

art. no. e149176

EN

The present work investigates the effect of modifying an epoxy resin using two different modifiers. The mechanical and thermal properties were evaluated as a function of modifier type and content. The structure and morphology were also analyzed and related to the measured properties. Polyurethane (PUR) was used as a liquid modifier, while Cloisite Na+ and Nanomer I.28E are solid nanoparticles. Impact strength (IS) of hybrid nanocomposites based on 3.5 wt% PUR and 2 wt% Cloisite or 3.5 wt% PUR and 1 wt% Nanomer was maximally increased by 55% and 30%, respectively, as compared to the virgin epoxy matrix, exceeding that of the two epoxy/nanoparticle binaries but not that of the epoxy/PUR binary. Furthermore, a maximum increase in IS of approximately 20% as compared to the pristine matrix was obtained with the hybrid epoxy nanocomposite containing 0.5 wt% Cloisite and 1 wt% Nanomer, including a synergistic effect, due most likely to specific interactions between the nanoparticles and the epoxy matrix. The addition of polyurethane and nanoclays increased the thermal stability of epoxy composites significantly. However, DSC results showed that the addition of flexible polyurethane chains decreased the glass transition temperatures, while the softening point and the service temperature range of epoxy nanocomposites containing nanofillers were increased. FTIR analysis confirmed the occurrence of interaction between the epoxy matrix and added modifiers. All SEM micrographs showed significant roughness of the fracture surfaces with the formation of elongated platelets, explaining the increase in mechanical properties of the epoxy matrix.

9

Influence of the composite modification of the wooden wing skin of the glider on deflection lines and resonance vibrations

70%

Skórski W. W. , Zawisza M.

|

tom T. 64, nr 4

267--271

EN

The original wing of the wooden training-glider SZD-9 “BOCIAN”, of the Polish production, was modificated by using the additional carbon composite layer. The influence of the addition of a new carbon layer on the mechanical properties of the wing was investigated. Both objects were subjected to static loads, with measuring deflection lines and deformations of wing skin, and to dynamic loads. In dynamic investigations the vibration responses for broad-band excitations were determined as well as the frequencies of the resonance vibrations were tested. The effect of adding a carbon layer is strong damping of the dominant resonant frequency and reduction of the overall vibration level. This effectively makes it difficult to stimulate the construction for vibrations and therefore positively affects the safety of the wing.

PL

Oryginalne skrzydło drewnianego szybowca szkoleniowego SZD-9 „BOCIAN” polskiej produkcji zmodyfikowano za pomocą dodatkowej warstwy kompozytu węglowego. Zbadano wpływ nowej warstwy na właściwości mechaniczne skrzydła. Skrzydła oryginalne i zmodyfikowane poddano obciążeniom statycznym z pomiarem linii ugięcia i odkształcenia poszycia oraz obciążeniom dynamicznym. W badaniach dynamicznych określano odpowiedź drganiową na wymuszenie szerokopasmowe i wyznaczano częstotliwości drgań rezonansowych. Efektem nałożenia dodatkowej warstwy węglowej było silne stłumienie dominującej częstotliwości rezonansowej oraz obniżenie ogólnego poziomu drgań, co skutecznie utrudniło pobudzanie konstrukcji do drgań, a w konsekwencji zwiększyło bezpieczeństwo użytkowania skrzydła.