Rührgussverfahren zur Herstellung von Al-Verbundwerkstoffen
Forscher der Federal University Wukari, der Ahmadu Bello University und des Air Force Institute of Technology, Nigeria, untersuchten einen Al-PP-CCP-Hybrid-Verbundwerkstoff auf seine tribologischen und thermischen Eigenschaften. Der Verbundwerkstoff wurde mit Hilfe des Rührgießverfahrens und der Flüssigmetallurgie hergestellt. Hierbei wurden die Komponenten Bimsstein und Kohlepartikel in eine Aluminiumschmelze im Elektroofen eingerührt. Der Fachartikel wurde am 20. Februar in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
In der Studie wurde untersucht, wie sich die Rührgeschwindigkeit, die Verarbeitungstemperatur und die Rührdauer des Rührgießverfahrens auf die prozentuale Dehnung von Al-Pumice (PP)-Carbonized Coal Particles (CCP)-Hybridverbundwerkstoffen auswirken. Die Studie berücksichtigte die Anwendung des Taguchi-Optimierungsansatzes zur Optimierung der Gewichtszusammensetzung der natürlichen keramischen Verstärkung (Bimsstein und Kohlepartikel) sowie die Auswirkungen der Parameter des Rührgießprozesses auf die prozentuale Dehnung von Al-PP-CCP-Hybrid-Verbundwerkstoffen.
Bei der Optimierung der prozentualen Dehnungseigenschaften wurden während der Charakterisierung der Verstärkung harte Verbindungen wie Siliziumdioxid, Eisenoxid und Aluminiumoxid entdeckt, die zeigen, dass PP und CCP als Verstärkung in Metallmatrix-Verbundwerkstoffen verwendet werden können, obwohl sie die prozentuale Dehnungseigenschaft verringern.
Bei der Optimierung der Parameter des Rührgießprozesses wurde festgestellt, dass PP den größten Einfluss auf die prozentuale Dehnung des Hybridverbunds hat, gefolgt von der Verarbeitungstemperatur, der Rührgeschwindigkeit, dem CCP und der Rührdauer.
Aufgrund der zäheren und steiferen PP-Verstärkung wurde festgestellt, dass die prozentuale Dehnung mit abnehmender Gewichtszusammensetzung des PP anstieg und bei 2,5 Gew.-% ein Maximum erreichte. Die beste prozentuale Dehnung wurde mit 5,6 % ermittelt; das ist 25,43 % weniger ist als die prozentuale Dehnung der Al-Legierung ohne Verstärkung.
Hintergrund
Der Leichtmetallbau stößt an seine Grenzen, wo er hohen tribologischen, mechanischen oder thermischen Belastungen standhalten muss. Die Lösung ist die gezielte Verstärkung mit Verbundwerkstoffen, um ein Produkt zu erzielen, das die Vorteile beider Materialien aufweist, nämlich eine geringes Gewicht als auch eine hohen Leistungsfähigkeit. Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Steifigkeit und Festigkeit, bessere Verschleißfestigkeit, kontrollierte Wärmeausdehnung, höhere Ermüdungsfestigkeit und verbesserte Stabilität bei hohen Temperaturen aus. Wissenschaft und Industrie sind an diesen Verbundwerkstoffen interessiert, da sie zur Herstellung einer Vielzahl von Komponenten für modernste Anwendungen verwendet werden können.
Der Artikel kann hier vollständig eingesehen werden:
nature.com/articles/s41598-023-29839-8
Ibrahim, T.K., Yawas, D.S., Dan-asabe, B. et al.: Taguchi optimization and modelling of stir casting process parameters on the percentage elongation of aluminium, pumice and carbonated coal composite. Sci Rep 13, 2915 (2023). doi.org/10.1038/s41598-023-29839-8
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