|
|
Metal Matrix Composites Prepared by Powder Metallurgy Route
Moravčík, Igor ; Lapin, Juraj (oponent) ; Skotnicová, Kateřina (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Conventionally, the alloy design, alloy production, and alloy selection are almost strictly confined to single element or one compound concept. Consequently, this alloy concept imposes a significant limit to the degrees of freedom in alloy’s composition and thus limits the development of special microstructure and properties. In the last decade, it has become particularly obvious that materials science and alloy engineering are still not fully explored due to an appearance of new class of alloys – usually called high entropy alloys (HEA). This exclusively new class of alloys caught significant scientific attention for the novelty of its approach to alloy design, as they do not contain a single base element, but rather at least 5 elements in very close atomic portions. In the recent years medium entropy alloys (MEA) appeared as a variant of HEAs with only three or four elements. The work is contributed to the research of feasibility of production of HEA and MEA alloys and composites by utilization of powder metallurgy (PM) manufacturing route, the combination of mechanical milling (MA) of elementary powders, followed by pressure or field assisted densification. Altogether three compositions have been studied: AlCoCrFeNiTi0.5, Co1.5Ni1.5CrFeTi0.5 and CoCrNi, as well as B4C metal matrix composite (MMC) with CoCrNi as matrix phase. Deep microstructural and mechanical analyses including transmission electron microscopy and tensile testing have been performed. During the whole study, the problems with the contamination of powders with oxygen have been observed, however the oxides formed relatively homogenous dispersion in all manufactured materials and they did not impair significant mechanical property reduction. AlCoCrFeNiTi0.5 exhibited relatively high hardness over 800 HV, but rather low ductility. The attempt has been made to improve the ductility with heat treatment procedure, but to no avail. The formation of in-situ TiC dispersion has been recorded, due to the utilization of carbon containing methanol as a process control agent during milling, that reacted with the present elemental Ti. In this manner metal matrix composite has been effectively produced. Additionally, the same procedure, the milling in the controlled amount of carbon containing medium, may be used also to produce other advanced composites with dispersion of in-situ formed TiC. On the other hand, CoCrNi alloy possessed very high tensile ductility (26%) and ultimate strength over 1000 MPa. Microstructure was composed of major FCC phase and BCC precipitates. The CoCrNi alloy has been due to the high ductility chosen as the best candidate for the subsequent production of metal matrix composites. The introduction of B4C resulted in the displacement reaction of Cr element with B4C, resulting in the formation of Cr5B3 boride phase. The composite possessed nano-grained microstructure and high tensile strength over 1400 MPa. However, the tensile ductility decreased to 1.9%. The AlCoCrFeNiTi0.5 alloy achieved the best combination of tensile ductility (4%) and remarkable strength over 1300 MPa, bearing pure FCC microstructure with extremely fine grain size. Therefore, the PM production route has proven to be a feasible way for the production of HEAs and MEAs, as well as HEA and MEA based metal matrix composites with remarkable combination of mechanical properties.
|
|
|
Intermetalické sloučeniny syntetizované in-situ v práškových materiálech
Hanusová, Petra ; Novák, Pavel (oponent) ; Skotnicová, Kateřina (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Mechanické zpracování materiálů v tuhém stavu je jedním z nejpoužívanějších a nejrozšířenějších postupů vůbec. Stejně tak jako chemické zpracování tuhých látek je široce rozšířené. Proto spojení těchto dvou způsobů do jednoho se jeví jako logické řešení. Tato metoda se pak nazývá mechanochemické zpracování materiálů. Zpracování materiálů tímto způsobem se vyznačuje mnoha výhodami. Jednak je toto zpracování ekonomicky výhodné, stejně jako technologicky snadno proveditelné. Touto cestou lze připravit dokonce i materiály, které by za normálních podmínek spolu nereagovaly. Mechanochemie/mechanochemická syntéza využívá mechanickou energii k aktivaci chemických reakcí a strukturním změnám. Zejména aluminotermické reakce indukované ve vysoko energetickém planetovém mlýnu nabírají na významu, jako potenciální cesta k přípravě mikro a nano krystalických in – situ kompozitních materiálů s kovovou matricí. Mechanickou aktivací ve vysoko energetickém mlýnu dochází ke změnám reakčních mechanismů z vzniku metastabilních materiálů. V práci byly studovány změny mechanismů reakcí během mechanického legování na čtyřech různých systémech. Jednalo se o systémy se společným základem, kde byl měněn jeden prvek: Al – B2O3 – X (X= C, Ti, Nb, Cr). Dále bylo studováno, zda po mechanickém legování bude docházet v systému k dalším změnám vyvolaným použitím zvýšené teploty a tlaku, tedy pomocí techniky spark plasma sintering (SPS). Všechny systémy byly mechanicky legovány za analogických podmínek. Po provedení legování byla u každého systému provedena analýza pomocí skenovací elektronové mikroskopie, dále byla provedena kvalitativní a kvantitativní analýza pomocí rentgenové difrakce. Pomocí nanoindentace byla vyhodnocena indentační tvrdost a indentační modul pružnosti. Všechny analýzy byly provedeny po mechanickém legování, stejně jako po provedení SPS a výsledky byly mezi sebou vzájemně porovnány. Na základě výsledků byla u sledovaných systémů navržena změna reakčních mechanismů. Bylo zjištěno, že dochází k tvorbě kompozitních materiálů s kovovou matricí a v případě použití chromu došlo k vytvoření hybridního kompozitního materiálu vyztuženého intermetalickou fází a boritanem hlinitým.
|
|
|
Intermetalické sloučeniny syntetizované in-situ v práškových materiálech
Hanusová, Petra ; Novák, Pavel (oponent) ; Skotnicová, Kateřina (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Mechanické zpracování materiálů v tuhém stavu je jedním z nejpoužívanějších a nejrozšířenějších postupů vůbec. Stejně tak jako chemické zpracování tuhých látek je široce rozšířené. Proto spojení těchto dvou způsobů do jednoho se jeví jako logické řešení. Tato metoda se pak nazývá mechanochemické zpracování materiálů. Zpracování materiálů tímto způsobem se vyznačuje mnoha výhodami. Jednak je toto zpracování ekonomicky výhodné, stejně jako technologicky snadno proveditelné. Touto cestou lze připravit dokonce i materiály, které by za normálních podmínek spolu nereagovaly. Mechanochemie/mechanochemická syntéza využívá mechanickou energii k aktivaci chemických reakcí a strukturním změnám. Zejména aluminotermické reakce indukované ve vysoko energetickém planetovém mlýnu nabírají na významu, jako potenciální cesta k přípravě mikro a nano krystalických in – situ kompozitních materiálů s kovovou matricí. Mechanickou aktivací ve vysoko energetickém mlýnu dochází ke změnám reakčních mechanismů z vzniku metastabilních materiálů. V práci byly studovány změny mechanismů reakcí během mechanického legování na čtyřech různých systémech. Jednalo se o systémy se společným základem, kde byl měněn jeden prvek: Al – B2O3 – X (X= C, Ti, Nb, Cr). Dále bylo studováno, zda po mechanickém legování bude docházet v systému k dalším změnám vyvolaným použitím zvýšené teploty a tlaku, tedy pomocí techniky spark plasma sintering (SPS). Všechny systémy byly mechanicky legovány za analogických podmínek. Po provedení legování byla u každého systému provedena analýza pomocí skenovací elektronové mikroskopie, dále byla provedena kvalitativní a kvantitativní analýza pomocí rentgenové difrakce. Pomocí nanoindentace byla vyhodnocena indentační tvrdost a indentační modul pružnosti. Všechny analýzy byly provedeny po mechanickém legování, stejně jako po provedení SPS a výsledky byly mezi sebou vzájemně porovnány. Na základě výsledků byla u sledovaných systémů navržena změna reakčních mechanismů. Bylo zjištěno, že dochází k tvorbě kompozitních materiálů s kovovou matricí a v případě použití chromu došlo k vytvoření hybridního kompozitního materiálu vyztuženého intermetalickou fází a boritanem hlinitým.
|
|
|
Metal Matrix Composites Prepared by Powder Metallurgy Route
Moravčík, Igor ; Lapin, Juraj (oponent) ; Skotnicová, Kateřina (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Conventionally, the alloy design, alloy production, and alloy selection are almost strictly confined to single element or one compound concept. Consequently, this alloy concept imposes a significant limit to the degrees of freedom in alloy’s composition and thus limits the development of special microstructure and properties. In the last decade, it has become particularly obvious that materials science and alloy engineering are still not fully explored due to an appearance of new class of alloys – usually called high entropy alloys (HEA). This exclusively new class of alloys caught significant scientific attention for the novelty of its approach to alloy design, as they do not contain a single base element, but rather at least 5 elements in very close atomic portions. In the recent years medium entropy alloys (MEA) appeared as a variant of HEAs with only three or four elements. The work is contributed to the research of feasibility of production of HEA and MEA alloys and composites by utilization of powder metallurgy (PM) manufacturing route, the combination of mechanical milling (MA) of elementary powders, followed by pressure or field assisted densification. Altogether three compositions have been studied: AlCoCrFeNiTi0.5, Co1.5Ni1.5CrFeTi0.5 and CoCrNi, as well as B4C metal matrix composite (MMC) with CoCrNi as matrix phase. Deep microstructural and mechanical analyses including transmission electron microscopy and tensile testing have been performed. During the whole study, the problems with the contamination of powders with oxygen have been observed, however the oxides formed relatively homogenous dispersion in all manufactured materials and they did not impair significant mechanical property reduction. AlCoCrFeNiTi0.5 exhibited relatively high hardness over 800 HV, but rather low ductility. The attempt has been made to improve the ductility with heat treatment procedure, but to no avail. The formation of in-situ TiC dispersion has been recorded, due to the utilization of carbon containing methanol as a process control agent during milling, that reacted with the present elemental Ti. In this manner metal matrix composite has been effectively produced. Additionally, the same procedure, the milling in the controlled amount of carbon containing medium, may be used also to produce other advanced composites with dispersion of in-situ formed TiC. On the other hand, CoCrNi alloy possessed very high tensile ductility (26%) and ultimate strength over 1000 MPa. Microstructure was composed of major FCC phase and BCC precipitates. The CoCrNi alloy has been due to the high ductility chosen as the best candidate for the subsequent production of metal matrix composites. The introduction of B4C resulted in the displacement reaction of Cr element with B4C, resulting in the formation of Cr5B3 boride phase. The composite possessed nano-grained microstructure and high tensile strength over 1400 MPa. However, the tensile ductility decreased to 1.9%. The AlCoCrFeNiTi0.5 alloy achieved the best combination of tensile ductility (4%) and remarkable strength over 1300 MPa, bearing pure FCC microstructure with extremely fine grain size. Therefore, the PM production route has proven to be a feasible way for the production of HEAs and MEAs, as well as HEA and MEA based metal matrix composites with remarkable combination of mechanical properties.
|
host ::
RSS.