PL223505B1 - Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej - Google Patents
Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznejInfo
- Publication number
- PL223505B1 PL223505B1 PL398309A PL39830912A PL223505B1 PL 223505 B1 PL223505 B1 PL 223505B1 PL 398309 A PL398309 A PL 398309A PL 39830912 A PL39830912 A PL 39830912A PL 223505 B1 PL223505 B1 PL 223505B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- phase
- alloy
- crystalline
- quasicrystalline
- nanocomposite
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229910017816 Cu—Co Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 9
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 claims description 5
- 229910016343 Al2Cu Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 30
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000013079 quasicrystal Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016507 CuCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000718541 Tetragastris balsamifera Species 0.000 description 1
- 229910009817 Ti3SiC2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical group [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest włóknisty nanokompozyt na bazie stopu o składzie wyjściowym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co) o osnowie w postaci krystalicznej fazy θ – Al2Cu zawierającej w swej objętości przestrzennie ortogonalną sieć nano-włókien fazy T – Al7Cu2Co1, ze zbrojeniem mikro-włóknami fazy H – Al3(Cu,Co)2, otoczonymi pierścieniami krystalicznej fazy η1 - AlCu, w środku których to włókien występują rdzenie tworzone przez dekagonalną fazę kwazikrystaliczną D o składzie chemicznym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co).
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej, o dwóch rozmiarach zbrojenia w skali nano- i mikrometrycznej.
Kompozyty są obecnie jednym z podstawowych typów materiałów konstrukcyjnych wykorzystywanych w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Ze względu na niezwykłą strukturę atomową i wynikające z niej właściwości, fazy kwazikrystaliczne są coraz szerzej wykorzystywane jako składowe zbrojenia kompozytów. Fazy kwazikrystaliczne, występujące w kompozytach typu kryształkwazikryształ (kompozyty CQ) w korzystny sposób modyfikują ich właściwości mechaniczne i cieplne, a otrzymywanie tych kompozytów in situ metodami kierunkowej krystalizacji pozwala podwyższyć ich jakość strukturalną.
Kompozyty o osnowie metalicznej i zbrojeniu w postaci nanocząstek lub nano włókien wykazują lepsze właściwości fizyczne i mechaniczne w porównaniu do kompozytów o strukturze mikrometrycznej. Nanocząstkami fazy zbrojącej mogą być na przykład proszki faz ceramicznych, których wprowadzenie do plastycznej osnowy stopu metalu powoduje podwyższenie twardości i wytrzymałości na rozciąganie czy ściskanie.
Z dotychczasowego stanu techniki znane są kompozyty z kwazikrystaliczną fazą umacniającą w postaci proszku [F. Masa, I. Akihisa, K. Hisamichi, „An aluminum based Alloy having high heat resistance and having high strength”, Japanese Patent JP 2006274311 (2006)]. Rozwiązanie to nie dotyczy jednak kompozytów włóknistych.
Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US 12/446,900 [Metal matrix composite material] znane są kompozyty, które mogą być stosowane w produkcji lekkich elementów komory spalania silników. Kompozyty te wzmacniane są cząstkami fazy kwazikrystalicznej ikosaedrycznej i o wielkości nanometrycznej. Faza ta jednak, w przeciwieństwie do fazy kwazikrystalicznej D nie posiada periodycznego jednego z kierunków krystalograficznych i nie będzie wykazywała anizotropii właściwości cieplnych, co wpływałoby na poprawę kierunkowego odprowadzania ciepła w kompozycie. Ponadto zastosowanie cząstek a nie włókien oraz metody otrzymywania ex situ nie pozwala uzyskać najwyższej doskonałości strukturalnej takiego kompozytu.
Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.393441 znany jest włóknisty kompozyt stopu Al-CuCo, w którym jako osnowa występuje tetragonalna faza T - Al72Cu27Co1 a zbrojenie w postaci włókien zawiera dekagonalną fazę kwazikrystaliczną o składzie chemicznym AI65.5Cu17.7Co16.8 (65,5% at. Al, 17,7% at. Cu, 16,8% at. Co). Kompozyt przedstawiony w powyższym zgłoszeniu składa się z dwóch faz, z których jedna jest fazą monokrystaliczną. W otrzymanym według tego sposobu kompozycie, na granicy pomiędzy komponentami może występować pewne niedopasowanie, pomimo otrzymywania tego kompozytu in situ, co może być powodem faktu iż kompozyt ten w warunkach otoczenia wykazuje niepożądaną podatność na pękanie. Wytworzenie pomiędzy fazą zbrojącą a osnową dodatkowej fazy „przejściowej” może pomóc w eliminacji powyższej niedogodności.
Z publikacji Lianjun Wang i in.: “Microstructure of Ti5Si3-TiC-Ti3SiC2 and Ti5Si3-TiC nanocomposites in situ synthesized by spark plasma sintering” Journal of Materials Research (2004), 19 : pp 3004-3008, znany jest nanokompozyt zbrojony cząstkami węglika krzemu, które to cząstki mają wielkość poniżej 200 nm. Material wytwarzany jest przy użyciu metody iskrowego spiekania plazmowego proszków Ti i SiC. Kompozyt ten nie zawiera jednak dekagonalnych faz kwazikrystalicznych, co zmniejsza jego znaczenie do zastosowań w przemyśle lotniczym.
Stopy zawierające fazy kwazikrystaliczne przedstawiono w zgłoszeniu patentowym KR20020087811 A [AL-CU-FE BASED QUASICRYSTAL ALLOY COMPOSITION COMPRISING BE]. Zawierają one w przeciwieństwie do kompozytu przedstawionego w niniejszym zgłoszeniu fazę kwazikrystaliczną ikosaedryczną w stopie z domieszką Be. Jednakże kwazikrystaliczne fazy ikosaedryczne nie posiadają anizotropii właściwości, tak jak fazy dekagonalne, co uniemożliwia kierunkowe odprowadzanie ciepła.
Znane dotychczas kompozyty CQ otrzymywane in situ metodami kierunkowej krystalizacji cechują się stosunkowo niską odpornością na pękanie. Tego typu kompozyty w pewnych warunkach otrzymywania mogą być niestabilne, co oznacza że ulegają one po pewnym czasie destrukcji w środowisku atmosferycznym, inicjowanej powolnym pękaniem. Jak dotąd nie opublikowano informacji na temat tego typu kompozytów otrzymywanych in situ, zawierających frakcję fazy kwazikrystalicznej, które wykazywałyby podwyższoną odporność na pękanie a zarazem byłyby stabilne, co stało się celem twórców niniejszego wynalazku.
PL 223 505 B1
Istotą wynalazku jest dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej otrzymany w procesie in situ metodą kierunkowej krystalizacji ze stopu o wyjściowym składzie chemicznym A168Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co). Osnowę kompozytu stanowi krystaliczna faza θ - Al2Cu, zawierająca zbrojenie w postaci mikro-włókien krystalicznej fazy H Al3,(Cu,Co)2, otoczonych pierścieniami jednoskośnej, krystalicznej fazy η1 - AlCu, w środku których to mikro-włókien ulokowane są rdzenie dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej D o składzie chemicznym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co). Kompozyt wzmocniony jest dodatkowo przestrzennie ortogonalną siecią nano-włókien krystalicznej fazy T o składzie chemicznym AI7Cu2Co1, występującą w całej objętości osnowy, dzięki czemu wykazuje podwyższoną odporność na pękanie.
Przedmiot wynalazku zostanie bliżej określony na poniższym przykładzie oraz rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowy dyfraktogram otrzymany podczas badania metodą rentgenowskiej proszkowej analizy fazowej, fig. 2 - przykładową mikrofotografię struktury nanokompozytu, fig. 3 przykładową mikrofotografię zgładu poprzecznego kompozytu wraz z punktami mikroanalizy chemicznej, natomiast tabela 1 przedstawia skład chemiczny w przykładowych punktach zaznaczonych na fig. 3.
Otrzymano dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej o dwóch rozmiarach zbrojenia w skali nano- i mikrometrycznej. Materiał otrzymano w procesie in situ metodą kierunkowej krystalizacji ze stopu o wyjściowym składzie chemicznym Al68Cu21Co11(68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co).
Otrzymany nanokompozyt wykazuje stabilność w warunkach środowiska atmosferycznego. Obserwacje metalograficzne nie wykazały pęknięć ani wad makroskopowych. W skład kompozytu wchodzi pięć faz zidentyfikowanych metodą rentgenowskiej proszkowej analizy fazowej. Przykład owy dyfraktogram otrzymany podczas analizy przedstawiono na fig. 1.
Osnowę kompozytu stanowi krystaliczna faza θ - AI2Cu, zawierająca zbrojenie w postaci mikrowłókien krystalicznej fazy H - Al3(Cu,Co)2, otoczonych pierścieniami jednoskośnej, krystalicznej fazy η1 - AlCu, w środku których to mikro-włókien ulokowane są rdzenie dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej D o składzie chemicznym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co). Kompozyt wzmocniony jest dodatkowo przestrzennie-ortogonalną siecią nano-włókien krystalicznej fazy T o składzie chemicznym Al7Cu2Co1, występującą w całej objętości osnowy.
Przykładową mikrofotografię struktury nanokompozytu według wynalazku przedstawiono na fig. 2. Jest to mikrofotografia SEM (BSE) zgładu struktury kompozytu w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku krzepnięcia. Na ciemnym tle osnowy w postaci krystalicznej fazy θ - Al2Cu widoczne są jasne obszary mikro-włókien krystalicznej fazy H - Al3(Cu,Co)2 o nieregularnych, owalnych kształtach, których wymiary oscylują wokół wartości kilkudziesięciu μm oraz siatka igiełkowych nano-włókien o średnicach w zakresie 50-500 nm i długościach od kilkunastu do kilkudziesięciu μm. Nano-włókna tworzące siatkę ułożone są w rozpatrywanej płaszczyźnie w sposób wzajemnie prostopadły. Owalne obszary mikro-włókien otoczone są jaśniejszymi obwódkami, tworzącymi pierścienie krystalicznej fazy η1 - Al2Cu. Owalne mikro-włókna posiadają wewnątrz ciemniejsze rejony, mające charakter rdzeni, które obrazują obszary występowania dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej D o składzie chemicznym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co).
Identyfikacji formy morfologicznej poszczególnych faz oraz ich rozmieszczenia dokonano metodami mikroskopii skaningowej przy pomocy mikroanalizy chemicznej poprzez porównanie stosunków stechiometrycznych odpowiednich faz, zidentyfikowanych wcześniej metodą rentgenowskiej analizy fazowej. Przykładowe punkty analizy przedstawiono na fig. 3. Skład chemiczny w przykładowych punktach zaznaczonych na fig. 3 zestawiono w tabeli 1. W przypadku składów chemicznych odpowiadających punktom 3 i 4, 1:6 % at. miedzi było podstawianych kobaltem.
Nanokompozyt stopu Al-Cu-Co będący przedmiotem wynalazku może znaleźć zastosowanie jako lekki, wysokotemperaturowy materiał konstrukcyjny o podwyższonej jak dla tego typu kompozytów odporności na pękanie lub jako materiał tworzący jedną z powłok bariery termicznej elementów konstrukcji komór spalania silników w przemyśle lotniczym i samochodowym.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweDwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej otrzymany in situ w procesie kierunkowej krystalizacji, znamienny tym, że jego osnowę stanowi krystaliczna faza θ - Al2Cu, zawierająca zbrojenie w postaci mikro-włókien krystalicznej fazy H - Al3(Cu,Co)2, otoczonych pierścieniami jednoskośnej, krystalicznej fazy η - AlCu, w środku których to mikro-włókien ulokowane są rdzenie dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej D o składzie chemicznym Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co), a nanokompozyt wzmocniony jest dodatkowo przestrzennieortogonalną siecią nano-włókien krystalicznej fazy T o składzie chemicznym AI7Cu2Co1, występującą w całej objętości osnowy, przy czym wyjściowy skład chemiczny stopu jest Al68Cu21Co11 (68% at. Al, 21% at. Cu, 11% at. Co).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398309A PL223505B1 (pl) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398309A PL223505B1 (pl) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL398309A1 PL398309A1 (pl) | 2013-09-16 |
| PL223505B1 true PL223505B1 (pl) | 2016-10-31 |
Family
ID=49156103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL398309A PL223505B1 (pl) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL223505B1 (pl) |
-
2012
- 2012-03-05 PL PL398309A patent/PL223505B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL398309A1 (pl) | 2013-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Influence of the TiB2 content on the processability, microstructure and high-temperature tensile performance of a Ni-based superalloy by laser powder bed fusion | |
| JP6690789B2 (ja) | 合金材、該合金材を用いた製造物、および該製造物を有する流体機械 | |
| Jumaev et al. | Chemical evolution-induced strengthening on AlCoCrNi dual-phase high-entropy alloy with high specific strength | |
| Zhang et al. | 3D printing of Fe-based bulk metallic glasses and composites with large dimensions and enhanced toughness by thermal spraying | |
| Yang et al. | High-strength silicon brass manufactured by selective laser melting | |
| Meenashisundaram et al. | Development of high performance Mg–TiO2 nanocomposites targeting for biomedical/structural applications | |
| Wang et al. | Microstructural characteristics and mechanical properties of carbon nanotube reinforced AlSi10Mg composites fabricated by selective laser melting | |
| Mertens et al. | Thermal treatments of AlSi10Mg processed by laser beam melting | |
| Venkatesh et al. | Mechanical properties of metal matrix composites (Al/SiCp) particles produced by powder metallurgy | |
| Niu et al. | Rapid fabrication of eutectic ceramic structures by laser engineered net shaping | |
| Su et al. | In situ fabrication of highly-dense Al2O3/YAG nanoeutectic composite ceramics by a modified laser surface processing | |
| Gode | Mechanical properties of hot pressed SiCp and B4Cp/Alumix 123 composites alloyed with minor Zr | |
| Zhang | Mechanical properties and structures of high entropy alloys and bulk metallic glasses composites | |
| Zhang et al. | Microstructure and tensile properties of Mg (AM60)/Al2O3 metal matrix composites with varying volume fractions of fiber reinforcement | |
| Yu et al. | Effects of coating contents on the interfacial reaction and tensile properties of Al2O3 coated-Al18B4O33w/Al–Mg matrix composites | |
| Tan et al. | High-strength Fe32Cr33Ni29Al3Ti3 fabricated by selective laser melting | |
| Gao et al. | Laser additive manufacturing of TiB2-modified Cu15Ni8Sn/GH3230 heterogeneous materials: Processability, interfacial microstructure and mechanical performance | |
| Kuo et al. | Comparison of mechanical response in CuZrAl–V and CuZrAl–Co bulk metallic glass composites | |
| IT202000030140A1 (it) | A al-ti-cu-mg-b-ni-fe-si alloy for additive manufacturing | |
| Kilicaslan | Effect of V addition on the nano-size spherical particles growing on the Fe-bearing intermetallics and silicon phases of gas atomized hypereutectic Al–20Si–5Fe alloys | |
| Ovcharenko et al. | Formation of a multigrain structure and its influence on the strength and plasticity of the Ni3Al intermetallic compound | |
| PL223505B1 (pl) | Dwuskalowy włóknisty nanokompozyt stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej | |
| Zhao et al. | Low temperature extrusion of 6061 aluminum matrix composite reinforced with SnO2-coated Al18B4O33 whisker | |
| Alam et al. | Investigation of the strength-ductility tradeoff and controlling Cr23C6 carbides in Inconel 625 super alloy using high pressure heat treatment | |
| WO2014112151A1 (ja) | 合金およびその製造方法 |