Text Box: AUTORITATE CONTRACTANTĂ Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului 
Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI) 

    Proiect PN-II-PT-PCCA-2011-3.2-0423  Contr. Nr. 163/2012

REALIZAREA UNOR COMPONENTE MECANICE REZISTENTE LA TEMPERATURA SI 
UZURA PRIN SINTERIZARE REACTIVA A COMPOZITELOR DE TIP Al-Al2O3

(Continuare etapa II)

 

Scopul acestei etape a fost de a stabili prin experimentari preliminare, influenta principalelor caracteristici tehnice ale materiilor prime asupra parametrilor tehnologici de realizare prin sinterizare a cermetilor in general si particularizat la cermeti de tip Al-Al2O3 sinterizati reactiv.

                 Astfel in aceasta etapa s-au determinat prin experimentari preliminare (pe trei retete de amestecuri metalo-ceramice), influenta caracteristicilor fizice si chimice ale materiilor prime (forma si marimea granulaţiei, a concentraţiei componentelor pulverulente si a gradului de omogenizare), a presiunii de compactare (densitatea la crud) si a temperaturii si mediului de sinterizare asupra caracteristicilor cermetilor de tip Al-Al2O3, (densitate, microduritate, microstructura).

Problema practică în cazul sinterizării cermeţilor este de a obţine produse cu porozităţi dorite şi controlabile ştiind că toate fenomenele care provoacă mecanismul sinterizării, cresc în intensitate odată cu creşterea temperaturii, se desăvârşesc în timp şi pot fi influenţate prin presiune. Pentru a declansa si a accelera sinterizarea reactiva au fost studiate reactiile in-situ a pulberilor metalice ale aliajelor de aluminiu cu pulberi de oxizi de Fe, aceste compozitii ducand la cresterea concentratiei oxizilor de aluminiu din cermet.

Sinterizarea reactiva se bazeaza atat pe reactiile de formare a fazelor intermetalice Fe-Al cat si pe energia rezultata prin reactia de aluminotermie, reactie ce degaja o cantitate mare de caldura si deci o difuzie locala accelerata intre particulele ceramice.

Pentru desfăşurarea în condiţii controlate a reacţiei exoterme dintre Al si Fe, în aceasta etapă, s-au întreprins activităţi de cercetare preliminara privind obţinerea amestecurilor de aliaje mecanice Fe-Al si a particulelor din Al2O3, precum şi cercetarea influenţei acestora asupra caracteristicilor materialului obţinut, toate acestea concentrându-se la stabilirea unor retete de cermeti de tip Al-Al2O3 cu continut ridicat de alumina (peste 22%).

In urma realizarii experimentarilor preliminare prevazute in etapa 2 a proiectului, s-a constatat ca procesul de sinterizare reactiva a cermetilor este influentat de urmatoarele caracteristici ale materiilor prime si ale regimurilor de procesare:

¨ Forma si marimea particulelor, cu cat pulberea de alumina este mai fina, reactia de sinterizare este mai usor de controlat intru-cat la un grad de omogenizare corespunzator probabilitatea ca particulele de aluminiu si fier sa fie izolate de un „strat” subtire de ceramica ce franeaza procesul de autopropagare a reactiei. Acest fapt necesita utilizarea unor materii prime cu caracteristici bine stabilite, un grad de omogenizare cat mai bun si regimuri de formare cat mai precise, pentru a asigura in final o precizie cat mai buna a pieselor si o densificare maxima. De asemenea in urma determinarilor efectuate privind densitatea aparenta si a vitezei de curgere a celor trei retete analizate s-a constatat ca valorile acestora scad odata cu cresterea continutului de alumina din amestec.

¨ Presiunea de formare a pieselor din cermeti de tip Al-Al2O3 cu adaos de fier influenteaza atat regimul de sinterizare cat si densitatea finala a pieselor. Astfel la o presare cu o forta mica, este posibil sa ramana in porii piesei crude aer si care la sinterizare sa produca nitrura de aluminiu AlN, acest fapt va necesita eventuala vidare a matritei la formare sau o presare la presiuni inalte ceea ce implica costuri suplimentare.

¨ Dupa sinterizare au loc modificari din punct de vedere dimensional si al densitatii loturilor de test sinterizate la 650 oC comparativ cu cele sinterizate la 600 oC ceea ce conduce la scaderea densitatii. Acest fapt de datoreaza manifestarii fenomenului de exudare, fenomen care poate fi explicat prin legaturile care se formeaza intre atomii de oxigen din compozitia chimica a pulberii de fier (care contine cca 0,27% O2) si aluminiul, componentul principal al amestecurilor experimentate. Presupunem ca fenomenul de exudare este rezultat al unor reactii exoterme locale (sinterizare reactiva locala) cu formare de Al2O3.

¨ Dispersia mare a valorilor microduritatii se datoreaza diversitatii constituentilor din materialele analizate. Valorile mici ale microduritatii pot fi explicate prin existenta porilor in substratul analizat.

¨ Formarea in-situ a Al2O3 in urma reactiei de „aluminotermie” demonstreaza faptul ca in urma reactiei rezulta o cantitate suplimentara de alumina care in aceste conditii va suplimenta compozitia de alumina dorita in piesa. Reglarea continutului acesteia in masa cermetilor

¨ Stabilirea parametrilor optimi de sinterizare reactiva pentru retetele alese este principalul obiectiv care va trebui cercetat in amanuntime si definitivat in etapa urmatoare a cercetarilor noastre.