Kovinsko-keramični material z infiltrirano magnezijevo zlitino : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2013

ceramic foam   composite   Disertacije   interface   keramična pena   Kompoziti   magnesium alloy   magnezijeva zlitina   mejno območje   reaction product   reakcijski produkti

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V tem delu je obravnavan kovinsko-keramični material z infiltrirano magnezijevo zlitino (kompozit IPC; ang. interpenetrating phase composite). Preiskovani kompozit IPC je bil izdelan s postopkom gravitacijskega kokilnega litja, karakteriziran s svetlobno mikroskopijo, vrstično in presevno elektronsko mikroskopijo, energijsko disperzijsko spektroskopijo in rentgensko difrakcijo ter bil mehansko preiskan. Osnova kompozita, magnezijeva zlitina AE44, ki je vsebovala 4,94 mas. % Al in 4,42 mas. % kovin redkih zemelj (RE), je bila sestavljena iz primarnih kristalov večkomponentne trdne raztopine Ž-Mg in intermetalnih faz Al11RE3, Al2RE in Al10RE2Mn7. Utrjevalna sestavina kompozita, keramična pena, je bila sestavljena iz Ž-Al2O3, Ž-SiC, Ž-SiC in SiO2. Keramična pena je imela odprto primarno in večinoma zaprto sekundarno poroznost. Pri litju je talina infiltrirala v primarne pore, v sekundarne pore pa se je delno infiltrirala, delno pa penetrirala skozi mostičke keramične pene. V mejnih območjih med zlitino AE44 in keramično peno se je pojavila močna reakcija, ki je vplivala na mikrostrukturo nastalega kompozita IPC, zato je bilo največ dela usmerjenega v natančno opredelitev mehanizmov in kinetike kemijskih reakcij v mejnih območjih. V ta namen so bili izvedeni poskusi litja z različnimi parametri, modelni preskusi interakcij tudi s kompaktno keramiko ter teoretični študij termodinamskih reakcij. Glavni reakcijski produkti v mejnih območjih AE44 - keramična pena inv penetriranih mostičkih keramične pene so bili MgO, AlSiRE in AlMgSiRE. Kot prvi je nastal MgO z redukcijo SiO2 in Al2O3 z magnezijem. Nato je na MgO nastala faza AlSiRE, na kateri je kasneje epitaksialno kristalizirala faza AlMgSiRE, katere delež se je z daljšim reakcijskim časom povečeval. Z mikrokemijsko analizo je bila opredeljena njuna kemijska sestava, dognano pa je bilo tudi, da imata fazi tetragonalno kristalno strukturo s povsem jasno medsebojno kristalografsko orientacijo. Ugotovljeno je bilo, da fazi AlSiRE in AlMgSiRE ne ustrezata nobeni znani fazi. Kompozit IPC je imel v vseh preiskanih stanjih večjo napetost tečenja in modul elastičnosti ter manjšo upogibno in tlačno trdnost kot zlitina AE44. Faza AlMgSiRE je imela manjšo trdoto in manjši modul elastičnosti od faze AlSiRE.

08.08.2023