Fémkompozitok. Szerzı: Dr. Gácsi Zoltán Dr. Benke Márton. Lektor: Dr. Hargitai Hajnalka. Az ábrákat készítette: Bendász Ernı és Bendász Péter

Átírás

1 Fémkompozitok Szerzı: Dr. Gácsi Zoltán Dr. Benke Márton Lektor: Dr. Hargitai Hajnalka Az ábrákat készítette: Bendász Ernı és Bendász Péter

2 1. Bevezetés a fémkompozitok világába 2. A fémkompozitok gyártási technológiái 3. A fémkompozitok vizsgálatai

3 1. Bevezetés a fémkompozitok világába

4 Fémkompozitok 4/107 Mit nevezünk fémkompozitnak? Mire használják ezeket az anyagokat? Milyen el nyei vannak az alkalmazásának? Hogyan állítják el? Melyek a fejlesztési irányok? Milyenek a jöv lehet ségei? Alumínium alapanyagú, kerámia részecskékkel er sített kompozit

5 A kompozitok alkotó részei 5/107 A kompozit olyan összetett anyag, amelyet a hagyományos (monolit) anyagok (fém, kerámia, polimer) mesterséges egyesítésével állítunk el.

6 Az alapanyag és a második fázis 6/107 Alapanyag (mátrix) + Második fázis = Kompozit Melyik alkotó a mátrix és melyik az er sít fázis? A mátrix és az er sít fázis aránya a kétkomponens kompozit anyagokon belül Kompozit anyagokban az az összetev az alapanyag, amelyik a kompozit alapvet tulajdonságait adja. Folytonos anyag, terhelésközvetít komponens, körbeveszi az er sít ( tehervisel ) összetev t.

7 A kompozitok morfológiai csoportosítása Szemcse er sítés kompozitok 7/107 Izotróp anyagok Általában nyomással szemben ellenállóak Szemcsés kompozit pl. a beton, a fogászati töm anyagok, vagy a SiC er sítés alumínium.

8 A kompozitok morfológiai csoportosítása Száler sítés kompozitok - izotróp kompozitok 8/107 Szálak iránya rendezetlen Izotróp Húzó igénybevétellel szembeni ellenállóképesség

9 A kompozitok morfológiai csoportosítása Száler sítés kompozitok - anizotróp kompozitok 9/107 Irányított szálak Anizotróp Szálirányú húzó igénybevétellel szembeni ellenállóképesség

10 A kompozitok morfológiai csoportosítása Száler sítés kompozitok több irányú er sítéssel 10/107 Irányított szálak Anizotróp Húzó igénybevétellel szembeni ellenállóképesség Több irányban er sített száler sítés kompozit pl. a vasbeton, illetve a komolyabb sílecek, snowboardok is tartalmaznak karbon és üvegszál szövetet

11 A kompozitok morfológiai csoportosítása Lemezes kompozitok 11/107 Anizotróp Hajlítással szemben ellenálló A réteges, vagy más néven szendvicsszerkezeteket nem csak a kompozitoknál alkalmazzák, hanem egy anyagból álló szerkezeteknél (pl. farost lemez)

12 A kompozitok morfológiai csoportosítása Felületi bevonatok 12/107 Környezettel szembeni védelem Mechanikai er sítés A környezettel szembeni védelem esetében fontos, hogy a réteg összefügg legyen. Ha a réteg integritása megsz nik, a kompozit tulajdonságai drasztikusan leromlanak.

13 Fémek tulajdonságai 13/107

14 Fémek tulajdonságainak módosítása 14/107

15 Fémkompozitok második fázisainak tulajdonságai 15/107

16 Fémkompozitok alkalmazásának el nyei 16/107 Az összetev k tulajdonságainak különleges kombinációját valósítják meg. Nagy szilárdság kis s r ség jó h vezet képesség. Jó h vezet képesség kis h tágulási együttható nagy szilárdság. Al-20% SiC kompozit és szürke öntöttvas összehasonlítása (fék rotor)

17 Fémkompozitok alkalmazásának el nyei 17/107 A kompozitok tulajdonságai el re tervezhet k. A kompozitok tulajdonságai egy adott összetételi tartományon, illetve távolságon belül folyamatosan változtathatók. Olyan különleges tulajdonság együttessel rendelkez fémkompozit is létrehozható, amelyet más módon nem tudunk el állítani. A h tágulási együttható változása a SiC mennyiségének függvényében

18 Fémkompozitok alkalmazásának területei 18/107

19 Fémkompozitok alkalmazásának területei Energia-elnyel elemek 19/107 Gépjárm -motor alkatrészek, ill. könny szerkezeti elemek fémhabból El nyük, hogy rendkívül könny ek, ugyanakkor er s mechanikai behatáskor rengeteg energiát képesek disszipálni, vagyis ütközéseknél a mozgási energia nagy részét képesek elemészteni

20 Fémkompozitok alkalmazásának területei Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból 20/107 Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból Device: Si, GeAs; BGA: kontaktus, fém; AlSiC Lid: fedél Heat sink: hüt borda, PCB: nyomtatott áramkör

21 Fémkompozitok alkalmazásának területei Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból 21/107

22 2. A fémkompozitok gyártási Öntészeti módszerek. Fémolvadék infiltráció. Porkohászat.

23 Öntészeti módszerek Öntészeti módszer - keverés 23/107 Alapanyag megolvasztása Er sít részecskék bekeverése Öntés Öntészeti módszer-keverés

24 Öntészeti módszerek Az er sít részecskék eloszlatásának technológiája 24/107

25 Öntészeti módszerek Az er sít részecskék eloszlatása centrifugál öntéssel 25/107

26 Öntészeti módszerek A keverés paraméterei 26/107 Az olvasztótégelyben megolvasztott alumíniumba (h mérséklete: C fokozatosan adagolják a SiC-ot (h mérséklete: C, mennyisége: g/min). A keveredést a rozsdamentes acélból készült, molibdén bevonatú kever lapát biztosítja ( /min). Az Al oxidációjának elkerülése érdekében a m veletet folyamatos Ar véd gáz befúvatása kíséri.

27 Öntészeti módszerek Nyomásos öntészeti módszer - alakadás 27/107 MMC (Metal Matrix Composite) olvadék öntése a formaüregbe Nyomásos öntés Termék eltávolítása Nyomásos öntészeti módszer

28 Öntészeti módszerek A nyomásos öntés technológiája 28/107

29 Öntészeti módszerek Nyomásos öntés paraméterei 29/107 A forma h mérséklete: C Öntési h mérséklet: C Sajtolási nyomás: MPa A sajtolás ideje: 60 sec

30 Fémolvadék infiltráció Fémolvadék infiltráció 30/107 Fémolvadék infiltráció

31 Fémolvadék infiltráció Az infiltrációs kompozitgyártás technológiája 31/107

32 Fémolvadék infiltráció Gyártási paraméterek 32/ térfogat% SiC tartalmú Al 10Si-Mg mátrixú kompozitok infiltrációs el állítása Alumínium felolvasztása 750 C-fokon. Az olvadék magnézium tartalma reakcióba lép az atmoszféra nitrogénjével és magnézium nitrideket képez (Mg 3 N 2 ). A magnézium nitrid jelenléte el segíti az alumínium beszivárgását az el formába nyomás és vákuum alkalmazása nélkül. Az infiltráció során a magnézium nitrid mennyisége csökken, mert kis mennyiségben alumínium nitriddé alakul.

33 Fémolvadék infiltráció Folyamatos infiltrációs kompozitgyártás 33/107 Nagynyomású infiltrációs kompozitgyártás el nye, hogy a mátrix és az er sít szál közötti rossz nedvesítés ellenére megfelel min ség kompozit készíthet. A rossz nedvesítést az olvadt fém mátrix feletti véd gáz nagy nyomásával helyettesítik.

34 Fémolvadék infiltráció A folyamatos infiltrációs kompozitgyártás technológiája 34/107

35 Porkohászat A porkohászati eljárás lépései 35/107 A gyártás során tiszta vagy ötvözött port, és szintén por formájában jelenlév er sít fázist kevernek össze. A keveréket megfelel en kialakított üreges szerszámban a kívánt alakra sajtolják. A sajtolás után az aránylag kis szilárdságú félkész terméket ellen rzött atmoszférájú kemencében szinterelik, hogy a részecskék között köt er alakuljon ki. Esetleg másodlagos alakítási és/vagy h kezelési m veleteket végeznek.

36 Porkohászat A porkohászati kompozitgyártás 36/107 Alapanyagok összekeverése Préselés Színterelés Másodlagos kezelés(ek) Porkohászat

37 Porkohászat A porkohászati kompozitgyártás el nyei 37/107 Kiküszöböli vagy minimalizálja a gépi megmunkálást, csökkenti az anyagveszteséget Lehet séget ad az ötvezetek széles skálájának el állítására Jó felületi min séget biztosít Olyan anyagokat hoz létre, amelyek h kezelhet ek a nagyobb szilárdság és kopásállóság elérése érdekében A kialakuló porozitás szabályozható Lehetséges olyan összetett vagy egyedi alakkal rendelkez alkatrészek gyártása, amelyre más fémfeldolgozó eljárásokkal nincs lehet ség Nagy biztonsággal alkalmazható olyan alkatrészek anyagaként, amelyek kritikus m ködési feltételek mellett üzemelnek

38 Porkohászat Porkohászati kompozitok 38/107 Tóriumozott wolfrám: W+néhány százalék ThO 2 n a huzal melegszilárdsága, nagyobb az elektronemisszió. Elektromos érintkez k anyagai: jó h - és elektromos vezet képesség, kopással szembeni ellenállóképesség és az ívképz désre való kis hajlam. Például Ag-C, Cu-W és W-Ag kompozitok. Nikkel alapú ötvözetek: oxidok adagolásával érik el a mechanikai er sítést.

39 Porkohászat Porkohászati kompozitok 39/107 Diszperziós nukleáris f t anyagok: ilyen anyagok például az alumínium mátrixba ágyazott hasadóképes urán kompozitok. A mátrix el segíti a mozgathatóságot, javítja a korrózióval szembeni ellenállást, stb. Szerszámalapanyag: Viszonylag alacsony a mátrixfém mennyisége, szerepe f ként a keményfém részecskék összekötésében, illetve a h átadás el segítésében van. Els sorban szerszámok alapanyagai (Co+WC). Al/SiC kompozit: Nagy szilárdsággal, kis tömeggel rendelkeznek, ellenállóak a korrózióval szemben és magas az elektromos- és a h vezet képességük.

40 Porkohászat Az alapanyag por méreteloszlása 40/107

41 Porkohászat Az alapanyag por további tulajdonságai 41/107 A por tölt s r sége az egységnyi térfogatú ömlesztett (nem tömörített) fémpor tömege. Tulajdonképpen a porrészecskék elrendez dési s r ségét fejezi ki, az anyag s r sége és a tényleges térkitöltés határozzák meg. Mértékegysége: g/cm 3. Kifolyási id (függ a szemcsenagyság-eloszlástól, a szemcsék alakjától, a súrlódási tényez t l és az adszorbeált nedvességtartalomtól). Mértékegysége: s. Sajtolhatóság (szemcseméret, fajlagos felület, kisebb és nagyobb méret részecskéket egyaránt tartalmazó fémpor rendszerint jól sajtolható)

42 Porkohászat Az alapanyag por el készítése 42/107 Ha a fémpor szemnagyság eloszlása sem megfelel, akkor szitálással frakciókra bontják, majd ezeket a különböz frakciójú fémporokat a kívánt arányban ismét elegyítik. A porokat a keverés el tt gyakran a bels feszültségek, az elnyelt gázok és a felületi oxidréteg eltávolítása céljából redukáló atmoszféra alatt (~400 C-on) izzítják. A fémporokat a sajtolás el tt a sajtolást könnyít adalékokkal (pl. sztearinsav, glikol, glicerin, cinksztearát, paraffin, benzines kámfor, stb.) keverik. A por alapanyag keverését száraz vagy nedves eljárásokkal lehet elvégezni. A keverés id tartama az egyes alkotók jellemz it l függ. Általában tapasztalati úton határozzák meg, néhány perct l 24 óráig is tarthat. A folyékony közegben végzett keverés jobb eredményt ad, ugyanis a folyadék, pl. alkohol, desztillált víz, glicerin felületi feszültsége gátolja a szemcsék összeállását (agglomerálódását), csomósodását.

43 Porkohászat Az adagolandó por mennyiségének kiszámítása 43/107 Az adagolandó por (m) tömege: m = ρv ( 1 S)K ρ : a porkeverék s r sége tömör állapotban, g/cm3 V: a kész munkadarab térfogata,cm3 S: az el írt porozitás mértéke, K: a sajtolási és a szinterelési súlyveszteségeket magában foglaló tényez, melynek értéke között változik.

44 Porkohászat A porkeverék s r ségének kiszámítása 44/107 A ρ additív szabály szerint határozható meg, két összetev b l álló porkeverék esetén: ρ = m 1 ρ1 ρ ρ2 m ρ 2 2 ρ 1 és ρ 2 m 1 és m 2 a porkeveréket alkotó tömör anyagok s r sége, g/cm3 az els és második fázis mennyisége, tömegszázalékban.

45 Porkohászat Sajtolási módszerek 45/107 Sajtolás egyoldalú nyomás alkalmazásával Sajtolás kétoldali nyomás alkalmazásával Változó magasságú, bonyolult szerkezet munkadarabok sajtolása Hidrosztatikus sajtolás

46 Porkohászat Sajtolás 46/107 Töltés Sajtolás Termék eltávolítása

47 Porkohászat A sajtolás technológiája 47/107

48 Porkohászat A porkeverék tömörsége sajtolás után 48/107 Sajtolás el tt a préselend port rézfóliákból kivágott kerek lapokkal öt egyenl részre osztották. Tömörségben mutatkozó különbség oka: a szemcsék és a matrica fala között fellép súrlódási er. Az egyirányú sajtolással el állított henger tömörségének változása a henger hosszmetszete mentén.

49 Porkohászat A sajtolás szakaszai 49/107 S r ség Illeszkedései szakasz Deformációs szakasz Nyomás

50 Porkohászat A szemcsék viselkedése sajtolás során 50/107 A sajtolás kezdetén a porkeverék szemcséi között sok olyan helyzet van, amely kis nyomásértékek mellett, kis súrlódási er legy zése árán a hézagokba tud illeszkedni. A növekv nyomás hatására a szemcsék deformálódnak, a hézagok összeroppanak. A szemcsék között tiszta fémes érintkezés jön létre, mely megfelel fajlagos nyomás esetén atomi kötéssé alakul. Nagyon magas sajtolónyomás esetén fokozódik a részecskék alakváltozása és er s keményedés lép fel.

51 Porkohászat A sajtolási nyomás hatása az anyag s r ségére 51/107

52 Porkohászat A sajtolt próbatestek színterelése 52/107 A színterelés célja: Az anyagszerkezet olyan célszer megváltozása, amely révén az anyag jobb mechanikai és fizikai tulajdonságai jönnek létre. A különálló porrészecskék keverékéb l az öntött fémek szerkezetéhez hasonló tömör szemcse- vagy kristály konglomerátum el állítása. A színterelés lépései: A szinterelés h mérsékletére történ felf tés H ntartás Leh tés

53 Porkohászat A színterelés közben lejátszódó folyamatok 53/107 Az atomok mozgási energiájának növelése a h mérséklet növelésével A porrészecskék érintkezési felületének növelése a porkeverék részleges megolvadásával, illetve a szemcsefelületek meglágyításával A sajtolás során keletkez maradó mechanikai feszültségek kiegyenlítése Szemcsenövekedéses újrakristályosodás A szemcsék alakjának, helyének megváltoztatásával a porozitás csökkentése A felületi oxidok redukálása Az adszorbeált és kötött nedvességtartalom és az adszorbeált gázok eltávolítása

54 Porkohászat A színterelés típusai 54/107 Szilárd fázisú szinterelés: a munkadarabban nem képz dik folyékony fázis, minden alkotó szilárd halmazállapotban marad. Folyékony fázisú szinterelés: A munkadarabban a szinterelés h mérsékletén folyékony fázis keletkezik (pl. eutektikum), amely csak olyan mérték lehet, amely mellett a munkadarab sajtolás által megadott alakja nem változik meg.

55 Porkohászat A szilárd fázisú színterelés 55/107

56 Porkohászat Bevonattal ellátott részecskék színterelése 56/107

57 Porkohászat A színterel kemencék kialakítása 57/107 A szinterel kemencék szerkezeti kialakítása az alkalmazott technológiától és a gyártási paraméterekt l függ: Az alkalmazott véd gáz-atmoszféra A szinterelés h mérséklete, h ntartási id, h tési viszonyok A munkadarab alakja, mérete és anyaga

58 Porkohászat Színterel kemencék 58/107

59 Porkohászat Szakaszos üzem kemencében történ színterelés 59/107

60 Porkohászat Folyamatos üzem kemencében történ színterelés 60/107

61 Porkohászat Vákuum kemencében történ színterelés 61/107

62 Porkohászat A véd gázokkal szemben támasztott követelmények 62/107 Adott szinterelési h mérsékleten a felületen található oxidokat redukálja Ne szennyezze a munkadarabot és ne lépjen vele nemkívánatos reakcióba Ne változtassa meg kedvez tlenül a munkadarab kémiai összetételét A leveg vel lehet leg ne alkosson robbanókeveréket Környezetbarát és gazdaságos legyen

63 Porkohászat Színterelés hidrogén atmoszférában 63/107 A hidrogén alkalmazását számos el nye ellenére költségessége és f ként nagy térfogatú kemencék esetében robbanásveszélyessége korlátozza. A véd gázként alkalmazott hidrogéngázt gondosan tisztítani és szárítani kell. Ebb l a célból el ször C-ra hevített rézforgácson (amely felületén az O 2 -t katalitikusan vízg zzé égeti), darabos kálilúgon (amely leköti a CO 2 és a vízg z egy részét) és foszforpentoxidon (amely leköti a vízg z utolsó nyomait) vezetik keresztül.

64 Porkohászat Színterelés nitrogén atmoszférában 64/107 A nagy tisztaságú nitrogén nagyon alkalmasnak bizonyul a porkohászati alumínium alkatrészek szinterelésére, mert megfelel mennyiségben áll rendelkezésre és mérsékeltek a költségei.

65 Porkohászat Színterelés disszociált ammónia atmoszférában 65/107 Els sorban bronz és sárgaréz ill. alumínium szinterelésére. Nem igényel különleges kezelést, el állítás során nem szennyez dik oxigénnel és vízg zzel, így nem igényel szárítást és tisztítást sem. A felhasznált ammónia-gáz minimum 99,99%-os tisztaságú. A folyékony ammóniát egy erre a célra szolgáló berendezésben 954 C-on katalizátorral (Al 2 O 3 ) érintkezésbe hozva bontják alkotóira. Az eljárás végén 75% hidrogén gáz és 25% nitrogéngáz fejl dik. A disszociált ammóniában történ szinterelés hatékonysága hasonló a nitrogén-gázos szintereléshez.

66 Porkohászat Színterelés vákuumban 66/107 A vákuum alkalmazása azért el nyös, mert így a szinterelési h mérséklet más atmoszférákhoz (nitrogénhez, disszociált ammóniához) képest körülbelül Ckal kisebb. Így kisebb a lehet sége a munkadarabok megolvadásának, ezáltal elkerülhet a torzulás.

67 Porkohászat A színterelés eredménye 67/107 A porkohászati úton el állított anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak javulása a szinterelés hatására következik be. Szinterelés közben az anyag térfogata csökken, így a s r ség növekedésével nagymértékben javul a porózus anyag szilárdsága.

68 Porkohászat A színterelés közben lejátszódó alapfolyamatok 68/107 A részecskék összekapcsolódása kohéziós kötés révén Az eredetileg szabálytalan alakú pórusok gömb alakúvá válása A szinterelés közben bekövetkez méretváltozás a zsugorodás (esetleg duzzadás).

69 Porkohászat Az atomok helyváltoztatása színterelés közben 69/107 A szemcsék atomjai a h mérséklet növekedésének hatására az érintkez felületek felé kezdenek vándorolni, az atomok helyváltoztatása többféle módon történhet: felületi diffúzióval térfogati diffúzióval párolgás és kondenzáció révén viszkózus folyás révén.

70 Porkohászat Az atomok helyváltoztatása a h mérséklet függvényben 70/107 A felületi diffúzió kis és közepes h mérsékleteken játszik szerepet, a vakanciák közvetítésével megy végbe. Az id el rehaladtával szerepe csökken, mert a rácstorzulások, és így a vakanciák száma is csökken. Nagy színterelési h mérsékleten a térfogati diffúzió hatása érvényesül. A h mérséklet növelésével a szemcsék mechanikai szilárdsága csökken. A már képlékeny részecskék felületén fellép mechanikai feszültség el segíti a pórosok kitölt dését (viszkózus folyás).

71 Porkohászat Az atomok mozgékonysága 71/107 Az atomok mozgékonysága azzal a sebességgel jellemezhet, amellyel egyensúlyi helyzetüket elhagyják (V): ahol V = ae Q RT a: anyagállandó, Q: az adott egyensúlyi helyzetb l az atom kimozdításához szükséges aktiválási energia, R: gázállandó, T: abszolút h mérséklet.

72 Porkohászat A darab méretének változása színterelés közben 72/107 A szinterelt alumínium próbadarabok méretváltozását (ezáltal s r ségét) befolyásolja: Az anyag sajtolás után kialakuló tömörsége A színterelés atmoszférája A színterelés h mérséklete A véd gáz tisztasága

73 Porkohászat A darab méretének változása színterelés közben 73/107 A sajtolás utáni s r ségnek és az alkalmazott atmoszférának hatása a szinterelt mintadarabok méretére disszociált ammónia vákuum nitrogén Al-Mg-Si Al-Cu

74 Porkohászat Másodlagos megmunkálási m veletek 74/107 A bonyolult alakú, összetett munkadarabok gyártása során szükség lehet a termék további kezelésére. A mechanikus megmunkálással (köszörülés, marás, forgácsolás, darabolás) a végtermék geometriája alakítható ki. A szinterelt darab ismételt h kezelése különböz célokat szolgálhat: Kalibrálás (méretpontosítás) Korrózió elleni védelem Olajos telítés (önken csapágyak esetén) Alkatrészek összekapcsolása

75 3. A fémkompozitok vizsgálatai

76 Az er sít fázis csoportosulása 76/107 (a) (b) Az alumínium mátrix por méretének hatása az SiC er sít fázis csoportosulására melegen préselt kompozitok esetén. (a) µm Al mátrix, (b) µm Al por mátrix

77 Az er sít fázis csoportosulásának jellemzése 77/107 H( r ) = Ni Ai N A A i : az i kör területe N i : az i körbe es részecskék száma A: a látómez területe N: a látómez be es részecskék száma Tipikus sugár menti eloszlás függvény

78 Porkohászati úton el állított kompozit tulajdonságai 78/107 Mikroszerkezet: préselt, 30 percig, 595 C-on, nitrogén atmoszfárában színterelt, majd szabályozatlan módon h tött alumínium ötvözet. A szabálytalan alakú szemcsék között látható sötét területek a pórusok. Al-4.4Cu-0.8Si0.4Mg ötvözet (M= 100x)

79 Porkohászati úton el állított kompozit tulajdonságai 79/107 A színterelt anyagot gyakran, a vastagság csökkentésének céljából, kovácsolják vagy hengerlik. A alakításnak a szövetszerkezetre gyakorolt hatása: Al-1.0Mg-0.6Si-0.25Cu alumínium ötvözetet préselés után 620 C-on színterelték, majd különböz mértékben alakították. (a) színterelt (b) 25% (c ) 50%

80 Porkohászati úton el állított kompozit mechanikai tulajdonságai Az alapanyag szemcséi közötti kohéziós kötés er ssége A porozitás nagysága Az er sít fázis mennyisége, mérete, alakja és a részecskék érintkez felületein kialakuló kötések min sége 80/107 Az er sítés már 1 térfogat%-nál nagyobb mennyiség, 1µm nél nagyobb méret er sít fázis alkalmazása esetén is megnyilvánul a diszlokációk mozgásának akadályozása révén.

81 porkohászati A porkohászati és az öntéssel el állítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása Mikroszerkezet öntött 81/107 Optikai mikroszkópos felvétel, Al mátrixú kompozit 20 % 250µm SiC tartalmú Elektronmikroszkópos felvétel, Al mátrixú kompozit 20 % 250µm SiC tartalmú

82 A porkohászati és az öntéssel el állítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása Szilárdsági jellemz k 82/107

83 A porkohászati és az öntéssel el állítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása Szilárdsági jellemz k 83/107 Ha az er sít részecskék mérete, mennyisége és eloszlása ugyanolyan az olvasztott és az öntött kompozitban, akkor nem térnek el jelent sen a szilárdsági mér számaik. Ez magyarázható a diszlokációk elrendez désének és s r ségének hasonlóságával, de figyelembe kell venni az Al és SiC részecskék között kialakult kötések er sségét is. Nincs különbség a szilárdsági értékekben az öntött és porkohászati fémmátrixú kompozitok között, ha a mátrix és az er sítés között kialakuló kötés megegyezik a különböz eljárásokkal el állított kompozitokban.

84 Gyakorlati feladat 1. Al/SiC p el állítására PM technológiával 84/107 Mátrix: Al-por 99,5%-os tisztaságú, névleges szemcsenagysága: 160 µm. Er sít fázis: SiC, névleges szemcsenagysága: 7 µm (P 800) 15 µm (P 500) 125 µm (P 220) Er sít fázis mennyisége: 5-15 súly% Alkalmazott ken anyag (0,15%): Cink-sztearát

85 Gyakorlati feladat 1. Al/SiC p el állítására PM technológiával 85/107 A porkeverék betöltése a szerszámüregbe. A porkeverék beszórásának megkönnyítése érdekében a sajtolószerszám ürege fölé tölcsért helyezve. A porkeverék töltésekor gondosan kell ügyelni arra, hogy egyenletesen legyen beszórva a szerszámüregbe és felszíne vízszintes és egyenletes legyen. A szerszám üreg feltöltése után a fels nyomólap terhelése következik, max. 130 kn nyomásig, ahol néhány másodpercig terhelés alatt tartjuk a próbatestet. Végül a fels nyomófejjel a matricát együttesen kiemelve a szerszámból, majd kisajtolási helyzetbe fordítva kis nyomóer alkalmazásával a próbadarab eltávolítása következik. A próbatest eltávolításakor a matricát a piros nyíl jelölte felületre kell helyezni

86 Gyakorlati feladat 1. Al/SiC p el állítására PM technológiával 86/107 A sajtolás után színterelés: 580 C-on N2 véd gázban, cs kemencében Dilatométeres vizsgálatok S r ségmérés Mikroszerkezet (kerámia/fém határfelület) vizsgálata (pásztázó elektron mikroszkóppal) Fénymikroszkóppal a porozitás vizsgálata

87 Gyakorlati feladat 1. Dilatométeres vizsgálatok 87/107

88 Gyakorlati feladat 1. Dilatométeres vizsgálatok 88/107 7 µm (P 800) 15 µm (P 500) 125 µm (P 220)

89 ahol: ρ f : ρ = m a mér folyadék s r sége Gyakorlati feladat 1. S r ségmérés 4 m + m 2 2 m m 1 1 m 3 ρ f 89/107 m 1 : az üres piknométer tömege m 2 : a piknométer és a meghatározandó anyag együttes tömege m 3 : a piknométer, a mér folyadék és a meghatározandó anyag együttes tömege m 4 : a piknométer és a mér folyadék együttes tömege.

90 Gyakorlati feladat 1. A porozitás vizsgálata optikai mikroszkóppal 90/107

91 Gyakorlati feladat 1. A porozitás térkép felvétele 91/107 A hidrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten

92 Gyakorlati feladat 1. A porozitás térkép felvétele 92/107 A nitrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten

93 Gyakorlati feladat 2. Al/SiC p el állítása PM technológiával 93/107

94 Gyakorlati feladat 2. Az el állított kompozit vizsgálata 94/107 Dilatométeres vizsgálatok S r ségmérés Kerámia/fém határfelület vizsgálata pásztázó elektron mikroszkóppal és röntgendiffrakcióval Fénymikroszkóppal a porozitás vizsgálata Fénymikroszkóppal a kerámia részecskék eloszlásának jellemzése Leica Quantimet 550 Image Workstation

95 Gyakorlati feladat 2. Al/SiC p kompozit szövetszerkezetének jellemzése 95/107 Cu Ni Alumínium alapanyagú - SiC(Cu) részecskékkel er sített kompozit Alumínium alapanyagú - SiC(Ni) részecskékkel er sített kompozit

96 Gyakorlati feladat 2. A határfelület jellemzése 96/ C 6 óra Al/SiC határfelület jellemzése, SEM

97 Gyakorlati feladat 2. A határfelület jellemzése 97/ C-on, 6 óra alatt Al 4 Si 2 C 5 vegyület keletkezett Al/SiC határfelület jellemzése, röntgendiffrakció

98 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 98/107 Metallosztatikus fém infiltráció: olvadt alumíniummal vegyszeresen (K 2 ZrF 6, ill. K 2 TiF 6 ) kezelt karbon szál átitatása

99 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 99/107 A karbon szálak felületkezelése: K 2 ZrF 6, ill. K 2 TiF 6 vizes oldata segítségével a karbon pászma átitatása

100 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 100/107 Al-mag Öntött Al - réteg N=5oox N=250x Tömör kompozitról készült mikroszkópos felvétel Felületkezelt karbon szállal el állított kompozit

101 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 101/107 Kezeletlen K 2 ZrF 6 al kezelt Kezeletlen és kezelt (Al-Al 2 Cu)/C/(K 2 ZrF 6 ) f kompozit SEM felvételei

102 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 102/107 A karbon szálat tartalmazó hibridszerkezet: a) fénymikroszkópos felvétele, a) b) b) az egymástól elválasztott karbon szálakat tartalmazó, detektált bináris kép, c) a látótér hatósugár szerinti vázszerkezete, c) d) d) a hatósugár szerinti vázszerkezet rávetítve az eredeti felvételre.

103 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 103/107 Al/C kompozit határfelülete, 200 KV HRTEM Al 4 C 3 t

104 Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 104/107 Karbon szál Ni-lel bevonva, Al mátrixban

105 Fejl dési lehet ségek 105/107 A fémkompozitok egyre újabb területeket hódítanak meg (autóipar, elektronika). Autókarosszéria? Elektromos távvezeték? A fémkompozitok el állítására egyre olcsóbb és megbízhatóbb technológiákat alkalmaznak. Élettartam? Újrahasznosítás? A kerámia részecskék felületkezelésével, a kerámia szálak felületbevonásával különleges fémkompozitok el állítása. Gradiens anyagok? 3D nyomtatás? Hibridkompozitok fejlesztése. Dupla kompozitok? Többszörös kompozitok?

106 Felhasznált irodalom 106/107 Daniel B. Miracle, Steven L. Donaldson: ASM Handbook Volume 21 Composites, ASM Handbook Comittee: ASM Handbook Volume 7 Powder Metallurgy, 1984 J. R. Davis: Aluminum and Aluminum Alloys,1993 Dr. Gácsi Zoltán: Az anyagok szövetszerkezetének morfológiai anizotrópiája és rendezettsége, habilitációs tézisfüzet, 2003 European Powder Metallurgy Association: Powder Metallurgy, Pilot Poject, Leonardo Da Vinci Programme, 2001

107 é é á