Projekti / Programi
Multifunkcionalni kompoziti na osnovi intermetalnih spojin Al - Mg - Ti,ojačenih s keramičnimi delci
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
multifunkcionalni kompoziti, makro-kompoziti, reakcijsko sintranje, reakcijka infiltracija, protismerna reakcijska infiltracija, intermetalne spojine AlFe, TiAl, intermetalne spojine magnezija, ojačitev s keramičnimi delci, karakterizacija mikrostrukture, mehanske lastnosti
Raziskovalci (8)
Organizacije (3)
Povzetek
Cilj predlaganega aplikativnega projekta je razvoj multi-funkcionalnih kompozitov na osnovi intermetalnih spojin aluminija, magnezija in titana ojačenih s keramičnimi delci. Pri tem nas zanima doseganje naslednjih projektnih ciljev:
• Sinteza, metalografske in mehanske preiskave (natezni preizkus (Rm, Rp0,2, A), žilavost, upogibni preizkus, obstojnost proti lezenju pri povišanih temperaturah-do 400 ºC, merjenje trdot) ter korozijski testi intermetalnih spojin AlFe in AlTi, ojačenih s keramičnimi delci (B4C, TiC, TiB2) s postopkom reakcijskega sintranja in reakcijske infiltracije,
• Sinteza metalografske in mehanske preiskave (natezni preizkus (Rm, Rp0,2, A), žilavost, upogibni preizkus, obstojnost proti lezenju pri povišanih temperaturah-do 400 ºC, merjenje trdot ter korozijski preizkusi makro-kompozitov Al-Fe in Al-Mg z vmesno vezno plastjo na osnovi intermetalnih spojin AlFe, AlTi in Mg ojačenih s keramičnimi delci, s postopkom proti-smerne reakcijske infiltracije
• Sinteza, določitev fazne sestave in morfološka analiza intermetalnih spojin Mg2Si, Mg2Sn in Mg2Ca s postopkom reakcijske infiltracije Mg taline v porozno predobliko iz Si, Sn in izbranih spojinah kalcija (CaSi, CaSi2, CaSn, Ca2Sn)
• Sinteza, določitev fazne sestave in morfološka analiza intermetalnih spojin Mg2Si, Mg2Sn in Mg2Ca s postopkom reakcijskega sintranja Mg, Si, Sn ter izbranih spojinah kalcija (CaSi, CaSi2, CaSn, Ca2Sn)
• Sinteza prototipnih kompozitov na osnovi intermetalnih magnezijevih spojin, ojačenih s keramičnimi delci s postopkom reakcijske infiltracije in/ali reakcijskega sintranja
• Karakterizacija mikrostrukture in mehanske preiskave (natezni preizkus (Rm, Rp0,2, A), žilavost, upogibni preizkus, obstojnost proti lezenju pri povišanih temperaturah-do 400 ºC, merjenje trdot) ter korozijski preizkusi kompozitov na osnovi intermetalnih magnezijevih spojin, ojačenih s keramičnimi delci, izdelanih s postopkom reakcijske infiltracije in/ali reakcijskega sintranja
Skupni imenovalec vseh zgoraj naštetih sodobnih sestavljenih materialov (monolitnih kompozitov - z matrico na osnovi intermetalnih spojin ojačenih s keramičnimi delci in večplastnih »bimetalnih« kompozitov - sestavljenih iz plasti na osnovi dveh različnih zlitin povezanih z vmesno plastjo iz monolitnih kompozitov) je reakcijska sinteza (reakcijsko sintranje ali reakcijska infiltracija), ki zagotavlja izdelavo materiala in končnega izdelka v eni sami proizvodni operaciji, kar je za proizvajalce (materialov in komponent) zelo pomembno dejstvo.
Osnovna prednost večplastnih kompozitov (multi-materialov oz. makro-kompozitov) je zagotavljanje potrebne kombinacije lastnosti na lokalni ravni-v delu komponente, kjer je to potrebno, vključno z optimiziranjem mase komponente in ustvarjene dodane vrednosti.
Pomen za razvoj znanosti
Med najpomembnejše rezultate projekta vsekakor sodi razvoj postopkov sintranja kompozitov izdelanih iz zmesi prahov intermetalnih spojin Al-Fe (AlFe3, AlFe, Al3Fe), Al-Ti (AlTi3, AlTi, Al3Ti), MgSi in Mg2Sn in keramičnih prahov (TiC, TiB2) pri atmosferskem tlaku. V literaturi so zaenkrat poročali o pripravi tovrstnih kompozitov le s postopkom vročega stiskanja, kar je s stališča industrijske uporabe drago ter s precejšnjimi omejitvami glede geometrije in produktivnosti. Uspešno sintranje Mg2Si in Mg2Sn pri atmosferskem tlaku z dodatkom TiC in TiB2 pa sodi med povsem nove razvojne dosežke, ki odpirajo možnost priprave sestavljenih materialov z novimi kombinacijami lastnosti (zlasti v primeru Mg2Si) kot so npr. povečana natezna trdnost in prelomna žilavost pri sobni in povišani temperaturi.
Drug pomemben prispevek je razvoj lastnosti kompozitov na osnovi intermetalnih spojin Al-Fe, Al-Ti, Mg2Si in Mg2Sn, ki smo ga dosegli z načrtnim spreminjanjem njihove zgradbe ter sestave. Zgradbo kompozitov smo spreminjali tako, da smo enkrat kot matrico uporabili sintrane intermetalne spojine, ki smo jih ojačili s keramičnimi delci; drugič pa različne Al in Mg zlitine, ki smo jih ojačili z zmesjo delcev intermetalnih spojin ter TiC oz. TiB2. V obeh primerih smo izhajali iz podobnih sestav, le da smo prvič stisnjene tablete sintrali, drugič pa jih infiltrirali z Al oz. Mg talino. Na ta način smo izdelali številne vzorce gosto sintranih kompozitov z intermetalno matrico (IMC), diskontinuirno ojačeno s keramičnimi delci (TiC, TiB2) ter kompozitov s kovinsko matrico (MMC), diskontinuirno ojačeno z zmesjo delcev intermetalnih spojin in TiC oz. TiB2. Tako zagotovljena makro in mikrostrukturna raznolikost vzorcev nam je v nadaljevanju omogočila sistematično preučevanje vpliva spreminjanja zgradbe in sestave kompozitov na izbrane mehanske lastnosti (natezna trdnost, modlu elastičnosti, raztezek, mikrotrdota, prelomna žilavost) ter načrtovanje optimalnih kombinacij lastnosti (npr. natezne trdnosti in prelomne žilavosti) sestavljenih materialov.
Med pomembnejše projektne dosežke prištevamo tudi uspešno sintezo prahov intermetalnih spojin Al-Fe (AlFe3, AlFe, Al3Fe), Al-Ti (AlTi3, AlTi, Al3Ti), MgSi in Mg2Sn. Omenjene spojine smo uspešno sintetizirati iz elementov z največ 3-5% stranskih produktov (neželenih faz ali ne reagiranih reaktantov). Skupino t.i. “linijskih” spojin (kot so npr. Al3Fe, Al3Ti, Mg2Si, Mg2Sn) nam je uspelo pripraviti s celo manj kot 1% stranskih produktov (neželenih faz ali ne reagiranih reaktantov). Morfologijo delcev smo uspešno spreminjali z mletjem.
Pomen za razvoj Slovenije
Železovi aluminidi (AlFe, Al3Fe, AlFe3), titanovi aluminidi (TiAl, Ti3Al, TiAl3) in izbrane intermetalne spojine magnezija (Mg2Si in Mg2Sn) ojačani s keramičnimi delci sodijo v zelo perspektivno skupino sodobnih inženirskih materialov primernih za najrazličnejše aplikacije. Komercialna uporabnost teh kompozitnih materialov, kjer tvorijo intermetalne spojine matrico ojačeno s keramičnimi delci ali nastopajo kot diskontinuirna ojačitev v kovinski matrici na osnovi Al in Mg zlitin, je odvisna predvsem od razvoja praktične in zadosti konkurenčne metode njihove priprave in načrtnega doseganja izbranih lastnosti in kombinacij lastnosti, ki jih drugi materiali ne zagotavljajo pod konkurenčnimi pogoji.
Zato ocenjujemo, da projektni rezultati prispevajo k praktični uporabi multifunkcionalnih kompozitov na osnovi intermetalnih spojin v industriji, predvsem skozi uspešen razvoj ustreznih postopkov izdelave končnih produktov (sintranje in infiltracija pri atmosferskem tlaku), ki v enem koraku poskrbijo za doseganje načrtovanih lastnosti in želene geometrije izdelka.
Osvojena znanja so na razpolago za krepitev konkurenčnost slovenskih podjetij s področja proizvodnje in predelave lahkih kovinskih in kompozitinih materialov: pri razvoju novih, visoko konkurenčnih Mg in Al zlitin, predvsem za nadomeščanje najdražjih vrst legirnih elementov (redke zemlje) z intermetlnimi fazami kot so Mg2Si in Mg2Sn in pri razvoju zlitin s posebnimi lastnostmi za najzahtevnejše tržne niše (strojegradnja, letalstvo, vojaška industrija); pri razvoju novih vrst lahkih kompozitov z intermetalno matrico; pri razvoju novih lahkih materialov (Mg2Si, delno tudi Mg2Sn); pri razvoju novih aplikacij za odpadni aluminij nižjega kakovostnega razreda, onesnažen z visoko vsebnostjo železa (za pripravo Al-Fe spojin); razvoju novih znanj, predvsem s področja razvoja mikrostrukture sestavljenih materialov ter vpliva zgradbe in sestave kompozitov na njihove mehanske lastnosti.
Nadaljnja uporabnost je pri razvoju gnetnih magnezijevih in aluminijevih zlitin odpornih proti lezenju pri povišanih temperaturah. Kompoziti na osnovi intermetalnih magnezijevih zlitin ojačenih s keramičnimi delci bi lahko bili tudi zelo zanimiv material za transportno industrijo, zlasti zato, ker so raziskave potrdile, da je končne izdelke na osnovi teh materialov možno izdelati v eni sami proizvodni operaciji (reakcijsko sintranje oz. reakcijska infiltracija)..
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
