Fémkompozitok Szerzı: Dr. Gácsi Zoltán Dr. Benke Márton Lektor: Dr. Hargitai Hajnalka Az ábrákat készítette: Bendász Ernı és Bendász Péter
1. Bevezetés a fémkompozitok világába 2. A fémkompozitok gyártási technológiái 3. A fémkompozitok vizsgálatai
1. Bevezetés a fémkompozitok világába
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
A kompozitok alkotó részei 5/107 A kompozit olyan összetett anyag, amelyet a hagyományos (monolit) anyagok (fém, kerámia, polimer) mesterséges egyesítésével állítunk el.
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.
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.
A kompozitok morfológiai csoportosítása Száler sítés kompozitok - izotróp kompozitok 8/107 Szálak iránya rendezetlen Izotróp Húzó igénybevétellel szembeni ellenállóképesség
A kompozitok morfológiai csoportosítása Száler sítés kompozitok - anizotróp kompozitok 9/107 Irányított szálak Anizotróp Szálirányú húzó igénybevétellel szembeni ellenállóképesség
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
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)
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.
Fémek tulajdonságai 13/107
Fémek tulajdonságainak módosítása 14/107
Fémkompozitok második fázisainak tulajdonságai 15/107
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)
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
Fémkompozitok alkalmazásának területei 18/107
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
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
Fémkompozitok alkalmazásának területei Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból 21/107
2. A fémkompozitok gyártási Öntészeti módszerek. Fémolvadék infiltráció. Porkohászat.
Öntészeti módszerek Öntészeti módszer - keverés 23/107 Alapanyag megolvasztása Er sít részecskék bekeverése Öntés Öntészeti módszer-keverés
Öntészeti módszerek Az er sít részecskék eloszlatásának technológiája 24/107
Öntészeti módszerek Az er sít részecskék eloszlatása centrifugál öntéssel 25/107
Öntészeti módszerek A keverés paraméterei 26/107 Az olvasztótégelyben megolvasztott alumíniumba (h mérséklete: 800-900 C fokozatosan adagolják a SiC-ot (h mérséklete: 600-700 C, mennyisége: 50-60 g/min). A keveredést a rozsdamentes acélból készült, molibdén bevonatú kever lapát biztosítja (800-900 1/min). Az Al oxidációjának elkerülése érdekében a m veletet folyamatos Ar véd gáz befúvatása kíséri.
Öntészeti módszerek Nyomásos öntészeti módszer - alakadás 27/107 MMC (Metal Matrix Composite) olvadék öntése a formaüregbe Nyomásos öntés Termék eltávolítása Nyomásos öntészeti módszer
Öntészeti módszerek A nyomásos öntés technológiája 28/107
Öntészeti módszerek Nyomásos öntés paraméterei 29/107 A forma h mérséklete: 200-300 C Öntési h mérséklet: 700-800 C Sajtolási nyomás: 90-100 MPa A sajtolás ideje: 60 sec
Fémolvadék infiltráció Fémolvadék infiltráció 30/107 Fémolvadék infiltráció
Fémolvadék infiltráció Az infiltrációs kompozitgyártás technológiája 31/107
Fémolvadék infiltráció Gyártási paraméterek 32/107 20-30 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.
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.
Fémolvadék infiltráció A folyamatos infiltrációs kompozitgyártás technológiája 34/107
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.
Porkohászat A porkohászati kompozitgyártás 36/107 Alapanyagok összekeverése Préselés Színterelés Másodlagos kezelés(ek) Porkohászat
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
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.
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.
Porkohászat Az alapanyag por méreteloszlása 40/107
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)
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.
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 1.03-1.06 között változik.
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 1 + + 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.
Porkohászat Sajtolási módszerek 45/107 Sajtolás egyoldalú nyomás alkalmazásával Sajtolás kétoldali nyomás alkalmazásával Változó magasságú, bonyolult szerkezet munkadarabok sajtolása Hidrosztatikus sajtolás
Porkohászat Sajtolás 46/107 Töltés Sajtolás Termék eltávolítása
Porkohászat A sajtolás technológiája 47/107
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.
Porkohászat A sajtolás szakaszai 49/107 S r ség Illeszkedései szakasz Deformációs szakasz Nyomás
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.
Porkohászat A sajtolási nyomás hatása az anyag s r ségére 51/107
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
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
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.
Porkohászat A szilárd fázisú színterelés 55/107
Porkohászat Bevonattal ellátott részecskék színterelése 56/107
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
Porkohászat Színterel kemencék 58/107
Porkohászat Szakaszos üzem kemencében történ színterelés 59/107
Porkohászat Folyamatos üzem kemencében történ színterelés 60/107
Porkohászat Vákuum kemencében történ színterelés 61/107
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
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 500-550 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.
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.
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.
Porkohászat Színterelés vákuumban 66/107 A vákuum alkalmazása azért el nyös, mert így a szinterelési h mérséklet más atmoszférákhoz (nitrogénhez, disszociált ammóniához) képest körülbelül 10-15 Ckal kisebb. Így kisebb a lehet sége a munkadarabok megolvadásának, ezáltal elkerülhet a torzulás.
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.
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).
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.
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).
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.
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
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
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
3. A fémkompozitok vizsgálatai
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) 10-15 µm Al mátrix, (b) 40-50 µm Al por mátrix
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
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)
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%
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.
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
A porkohászati és az öntéssel el állítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása Szilárdsági jellemz k 82/107
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.
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
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
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
Gyakorlati feladat 1. Dilatométeres vizsgálatok 87/107
Gyakorlati feladat 1. Dilatométeres vizsgálatok 88/107 7 µm (P 800) 15 µm (P 500) 125 µm (P 220)
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.
Gyakorlati feladat 1. A porozitás vizsgálata optikai mikroszkóppal 90/107
Gyakorlati feladat 1. A porozitás térkép felvétele 91/107 A hidrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten
Gyakorlati feladat 1. A porozitás térkép felvétele 92/107 A nitrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten
Gyakorlati feladat 2. Al/SiC p el állítása PM technológiával 93/107
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
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
Gyakorlati feladat 2. A határfelület jellemzése 96/107 640 0 C 6 óra Al/SiC határfelület jellemzése, SEM
Gyakorlati feladat 2. A határfelület jellemzése 97/107 640 0 C-on, 6 óra alatt Al 4 Si 2 C 5 vegyület keletkezett Al/SiC határfelület jellemzése, röntgendiffrakció
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
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
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
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
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.
Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 103/107 Al/C kompozit határfelülete, 200 KV HRTEM Al 4 C 3 t
Gyakorlati feladat 3. Al/C f kompozit el állítása 104/107 Karbon szál Ni-lel bevonva, Al mátrixban
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?
Felhasznált irodalom 106/107 Daniel B. Miracle, Steven L. Donaldson: ASM Handbook Volume 21 Composites, 2001. 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
é é á femtangz@uni-miskolc.hu martonbenke81@gmail.com