Ανάπτυξη Σύνθετων Υλικών Μεταλλικής Μήτρας Και Αξιολόγηση Της Περιβαλλοντικής Συμπεριφοράς Τους

Abstract

Η παρούσα εργασία ασχολείται με την παρασκευή σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας αλουμινίου μεενίσχυση κεραμικών σωματιδίων.Παρασκευάστηκαν σύνθετα υλικά μήτρας αλουμινίου (με μήτρες: Al6060-Al356-Al319-Al20CuAl20Cu(FeNi)αλλά και ένα κράμα AlMgSi πρωτότυπο ως προς τη σύνθεσή του (7 wt% Mg και 5 wt%Si)) με την προσθήκη σωματιδίων ενίσχυσης TiC σε ποσοστά 5 και 15 vol%. Η τεχνική πουακολουθήθηκε για την παρασκευή των σύνθετων ήταν η χύτευση με απευθείας προσθήκη της φάσηςTiC στο τηγμένο μέταλλο και η χύτευση με διαλυτοποίηση ενός “master composite” Al-TiC (~ 20 vol%TiC), πάντα με την παράλληλη προσθήκη αλάτων KBF4. Μελετήθηκε η ανάπτυξη της μικροδομής τωνυλικών (μονολιθικών και σύνθετων), ενώ η αντοχή των υλικών σε συνθήκες φθοράς ολίσθησης και ησυμπεριφορά τους στην ηλεκτροχημική διάβρωση σε δύο υδατικά περιβάλλοντα (διάλυμα 3.5% NaClκαι DHS), μελετήθηκε για τα κράματα Al6060, Al356, AlMgSi και τα σύνθετα αυτών.Βρέθηκε ότι τα άλατα αλογόνων KBF4 συνέβαλαν επιτυχώς στη διάλυση του στρώματος οξειδίωναλουμινίου καθιστώντας επιτυχή την εισαγωγή των σωματιδίων TiC στο τηγμένο Al ενισχύονταςπαράλληλα τη μήτρα μέσω του σχηματισμού της κεραμικής φάσης AlB2. Δεν παρατηρήθηκε κάποιασημαντική αντιδραστικότητα μεταξύ TiC και Al.Η κατανομή των σωματιδίων TiC χαρακτηρίζεται σχετικά ομοιογενής. Τα σωματίδια εντοπίστηκαν ωςμεμονωμένα τόσο στο εσωτερικό των κόκκων αλλά και στα όρια αυτών, ενώ τα συσσωματώματα τωνσωματιδίων εντοπίστηκαν στα όρια των κόκκων και στις τελευταία στερεοποιημένες περιοχές. Σεπεριπτώσεις κραμάτων με πολλά κραματικά στοιχεία, τα συσσωματώματα των σωματιδίων συνδέονταιμε το σχηματισμό και την ανάπτυξη διαφόρων ενδομεταλλικών και άλλων ευτηκτικών φάσεων. Ηκατανομή των σωματιδίων TiC επεξηγήθηκε με θερμοδυναμικούς μηχανισμούς.Τα αποτελέσματα από την επίδραση της φθοράς ολίσθησης έδειξαν πως τα σωματίδια TiC μειώνουντο ρυθμό φθοράς των μονολιθικών κραμάτων. Η μορφολογία του ίχνους φθοράς παρουσιάζει έναχαρακτηριστικό διαδοχικό σχηματισμό «λόφος-κοιλάδα-λοφος». Η μορφολογία του σχηματισμούαλλάζει ελαφρώς μετά την προσθήκη TiC. Το μέγεθος των θραυσμάτων φθοράς αλλάζει μορφολογικάαντιστρόφως ανάλογα με το ποσοστό ενίσχυσης στο σύνθετο. Παρατηρήσεις στο ίχνος φθοράς και στα θραύσματα οδήγησαν στην ανάπτυξη και διατύπωση ενός μηχανισμού φθοράς που βασίζεται στηνεπιφανειακή οξείδωση και πλαστική παραμόρφωση, στη δημιουργία ρωγμών και στην ανάπτυξή τουςως την τελική τους αποκόλληση από το υλικό.Τέλος το νέο κράμα Al-7Mg-5Si αλλά και τα σύνθετά του παρουσίασαν παρόμοια ηλεκτροχημικήσυμπεριφορά με εμπορικά κράματα και σύνθετα τα οποία είναι γνωστά για τις αντοχές τους στηνηλεκτροχημική διάβρωση. Η ομοιότητα στη μορφή των καμπύλων πόλωσης και οι παρόμοιες τιμέςηλεκτροχημικών μεγεθών δείχνουν παρόμοιους μηχανισμούς διάβρωσης για όλα υλικά ανεξαρτήτουποσοστού TiC, γεγονός που φανερώνει την εξάρτηση της διάβρωσης από τα κατακρημνίσματα τηςμονολιθικής μήτρας των υλικών. Παρατηρήσεις των διαγραμμάτων κυκλικής πόλωσης και η εξέτασητων μικροδομών έδειξαν ότι η επικρατούσα μορφή διάβρωσης είναι η διάβρωση οπών. Επίσης ηεξέταση των μικροδομών αποκάλυψε τη συνεκτικότητα των διεπιφανειών Al-TiC και επομένως, τηνκαλή διαβροχή που επιτεύχθηκε μεταξύ των διεπιφανειών της μεταλλικής μήτρας Al με τα κεραμικάσωματίδια ενίσχυσης TiC, κρίνοντας τη μέθοδο χύτευσης που ακολουθήθηκε επιτυχής.