8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
1/75
MATERIALE COMPOZITE
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
2/75
DEFINIIE:
Materialul compozit reprezint un sistem eterogenn care
componentele sunt total insolubile unele n altele, proprietile
acestora sunt diferite, dar sunt puse n valoare prin metodele
construcionale particulare ale materialului.
Rezult, n mod evident, c prin asocierea materialelor
componente se obin noi materiale cu proprieti deosebite,
total diferite de ale componentelor individuale.
Materialul compozit este format din dou faze principale:
matr icea, care trebuie s fie un material mai plastic i
faza de armare, sau de ranforsare, care trebuie s fie dur irezistent.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
3/75
Proprietile materialului compozit sunt date de:
1. combinaia de proprieti matrice material de armat,2. rezistena interfeei dintre cele dou componente.
MATRICE
metalic ceramic
polimeric
FAZA DE ARMARE
- cel mai important rol n durificarea materialelorcompozite (faza durificatoare).- valori ridicate ale modulului de elasticitate, alerezistenei i duritii.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
4/75
In funcie de tipul fazei de armare (sau de ranforsare) materialelecompozite se mpart n 3 categorii:
durificate prin dispersie, n care faza de ranforsare se prezint subform de particule;
durificate cu fibre, n care faza de ranforsare este sub form de fibre saumonocristale filiforme (whiskers-uri);
n straturi sau tip sandwich
Schema de formare a mater ialelor comp oz ite:
a) durificate prin dispersie;
b) b) durificate cu fibre;
c) c) n straturi;
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
5/75
Schema de armare a materialelor:
cu fibre (a)i n straturi (b).
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
6/75
Materiale compozite durificate prin dispersie
Durificarea prin dispersie blocarea de ctreparticule a proceselor de alunecare din matrice.
Eficiena durificrii depinde de:
1. tipul particulelor(Se utilizeaz particule
disperse de faze greu fuzibile de tipul Al2O3,SiO2, BN, SiC, ce au o densitate mic i un
modul de elasticitate ridicat.)
2. concentraia volumic a acestora,
3. uniformitatea distribuiei n matrice.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
7/75
Mecanismul de durificare prin dispersie:
Precipitatele nu se deformeaz odat cu matricea, ci sunt ocolite de
dislocaiile care se deplaseaz prin matrice.Precipitatele acioneaz ca puncte de ancorare ale dislocaiei mobile,
oblignd-o s se curbeze sub aciunea tensiunii aplicate.
Mecanismul de durificare prin dispersie: a, b, c, d etape succesive n
procesul de deplasare prin alunecare a liniei de dislocaie cu ocolireaparticulelor de precipitat.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
8/75
Spre deosebire de durificarea prin precipitare,
bazat pe solubilizarea i reprecipitarea unor fazesecundare solubile, durificarea prin dispersie se
bazeaz pe prezena unor faze secundare
insolubile ceea ce face efectul de durificare mai
puin dependent de temperatur.
Aceast comportare recomand aliajele durificate
prin dispersie pentru utilizri la temperaturi nalte
pn la circa 0,7 din temperatura de topire amatricei.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
9/75
EXEMPLE:
- aliaje de aluminiu durificate prin dispersie cuparticule de Al2O3
-aliajele de nichel durificate prin dispersie cu oxizirefractari.
- dintre acestea din urm cel mai uzual estenichelul TD care este format din nichel n care
s-a introdus o dispersie fin de particule deoxid de thoriu, ThO2 cu dimensiuni ntre 100 i500 (0,01 0,05 m).
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
10/75
Aplicaii
Industrial, cel mai des utilizat material compozit durificat prin dispersie
este cel pe baz de aluminiu (materiale tip SAP sintered aluminiumpowder) i mai rar cel pe baz de nichel, evident motivaia principal fiindlegat n primul rnd de diferena de cost.
Materialele compozite de tip SAP au matricea din aluminiu, care estedurificat printr-o dispersie fin de particule de oxid de aluminiu.
Pulberea de alumin se obine prin pulverizarea metalului topit, cu
mrunirea ulterioar n mori cu bile n prezena oxigenului pn la o
dimensiune medie de ~ 1 m.
Tehnologia ulterioar de obinere de semifabricate sau produse finite din
SAP cuprinde n continuare urmtoarele operaii:- presarea la rece,- sinterizare,- presare la cald,- laminarea sau presarea produsului din Al n forme finite care ulterior
pot fi tratate termic suplimentar.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
11/75
Aliajele de tip SAP se deformeaz de regul la cald, cele care conin
ntre 6 9% Al2O3 putnd fi deformate i la temperatura camerei. Dinacestea se poate obine, prin laminare la rece, folie de grosimi pn la
0,03 mm. Aceste materiale se prelucreaz uor prin tiere i au orezisten bun la coroziune.
Mrcile de aliaje SAP conin de regul ntre 6 i 23% Al2O3. Odat cucreterea concentraiei volumice de Al2O3 crete rezistena materialelorcompozite.
Aliajul SAP-1 (6-9% Al2O3) prezint de exemplu urmtoarele caracteristicimecanice: m = 280 MPa; 0,2 = 220 MPa,iar aliajul SAP-3 (13-18% Al2O3): m = 420 MPa; 0,2 = 340 MPa.
Aliajele SAP sunt utilizate n tehnica aviaiei pentru obinerea de piese
cu rezisten specific ridicat i rezisten la coroziune, cu temperaturide lucru pn la 300-500 C, cum ar fi:
-nveliuri pentru emitoare de cldur,- evi pentru schimbtoare de cldur,- tij pentru pistoane,- palete pentru compresoare.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
12/75
2. O aplicaie deosebit de recent de material compozit durificat prin
dispersie o reprezint combinaia matr ice de Cudurificat prin dispersie
cu particule de oxid de Al i/sau cu Nb elementar.
Acest material este obinut prin procedee clasice de oxidare intern,proprii metalurgiei pulberilor, prin care un amestec de pulbere de Al i Cu
este expus ntr-un mediu oxidant n care Al este oxidat preferenial nmatricea de cupru.
Acest proces de oxidare intern duce la obinerea unei microstructuri cu
o distribuie foarte uniform de particule fine de oxid de aluminiu cudimensiuni cuprinse ntre 3 i 12 nm.
Aceste particule sunt din punct de vedere chimic i termic stabile n
matricea de cupru.
Astfel, datorit faptului c particulele de oxid de aluminiu sunt inerte din
punct de vedere chimic fa de cupru, acestea nu influeneaz semnificativ
conductivitatea electric a materialului n ansamblu.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
13/75
Dac pe lng particulele disperse de oxid de aluminiu se
adaug i un procent de ~ 10% Nb se obine un material
compozit deosebit de interesant care, combinnd proprietile
de refractaritate ale Nb, este special conceput pentruelectrozi de sudur pentru oeluri speciale de scule.
Adaosul de ~ 10% Nbn matricea de cupru a materialuluicompozit consolidat cu particule disperse de oxid de aluminiucrete rezistena i duritatea materialului n ansamblu cu
reduceri minime a conductivitii electrice.
Acest fapt este foarte important deoarece odat cu cretereaduritii materialului se reduce deformabilitatea electrodului,
asigurndu-i o geometrie stabil i deci performane alestabilitii mult mai consistente.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
14/75
Materialul Al2O3% gr.
Nb
% gr.
TtestareC RmMPa R0,2MPa % HB
AL-60 1,1 - 25 550 520 22 75
540 190 170 6 -
AL-60 + Nb 1000 1,0 10 25 760 550 9 95
540 280 235 12 -
Tabelul 1 Compoziia i proprietile materialului compozit durificatprin dispersie cu oxid de aluminiu i particule de niobiu
In ideea de a mbunti proprietile de sudabilitate ale materialului
compozit cu matrice de cupru durificat prin dispersie cu oxid de
aluminiu, s-au facut ncercri de adugare n compoziie i a altor
tipuri de particule elementare disperse cu proprieti de refractaritate
ca i ale Nb, precum: Mo, W, sau grafit. Rezultatele se pare c sunt
la fel de promitoare ca i n cazul utilizrii niobiului.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
15/75
3. Compozi te in s i tu
Tehnologia XD (exothermic dispersion) reprezint un proces de
fabricare a unui material compozit prin care particule ceramice, fibre scurtesau whiskers-uri se dezvolt in situn masa matricei metalice.
Deoarece aceste ranforsri sunt create din chiar interiorul materialului, ele
sunt din punct de vedere termodinamic stabile n cadrul matricei, seformeaz ca monocristale i dau natere unor interfee matrice / particul
de tip incoerent.
Tehnicile utilizate pentru producerea ranforsrii i deci a durificrii in situ
pot fi caracterizate n general ca fiind combinaii ntre reacii chimice i
procese de transport difuziv de mas.
Exemple de asemenea procese pot fi gsite chiar n materialeconvenionale. Majoritatea aliajelor durificate prin precipitare beneficiaz
de o uniformitate dimensional i de distribuie a precipitatelor formate in
situ n timpul tratamentelor termice.
8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei
16/75
Primele ncercri n cadrul acest
