Universitatea POLITEHNICA din București

Transcription

1 Universitatea POLITEHNICA din București Facultatea de Stiinta si Ingineria Materialelor Departamentul: Prelucrarea materialelor metalice și Eco metalurgie No. Senate Decision in Teză Doctorală Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al-SiC P Autor: Eng. MUNA N. ISMAEL ISMAEL Coordonator: Profesor Dr. Ing. Mihai CHISAMERA COMITETUL DE DOCTORAT Chairman Prof. Dr. Eng. Mihai BUZATU From University Politehnica of Bucharest Scientific Supervisor Prof. Dr. Eng. Mihai CHISAMERA From University Politehnica of Bucharest Reviewer Prof. Dr. Eng. Aurel CRISAN From University Transilvania of Brasov Reviewer Prof. Dr. Eng. Bela VARGA From University Transilvania of Brasov Reviewer Prof. Dr. Eng. Gigel NEAGU From University Politehnica of Bucharest București 2017

2 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Cuprins INTRODUCERE 6 CHAPTER 1 ASPECTE TEORETICE LEGATE DE SINTEZA COMPOZITELOR Al-SiCp INTRODUCERE ISTORIA MATERIAELOR COMPOZITE DEFINIȚIE GENERALĂ A COMPOZITELOR AVANTAJELE ȘI DEZAVANTAJELE COMPOZITELOR CLASIFICAREA COMPOZITELOR În funcție de matrice În funcție de materialul de armare MECANISMUL DE CONSOLIDARE AL COMPOZITELOR DIN PARTICULE Compozite cu particule mari Compozit întarit prin dispersie COMPOZITE DIN PARTICULE DE ALUMINIU CARBURĂ DE SILICIU Proprietățile carburii de siliciu Proprietățile Aluminiului și a aliajelor din Aluminiu LEGEA AMESTECULUI ASPECTE TEORETICE ALE PRODUCȚIEI DE COMPOZITE Al - SiCp Comportamentul la oxidare al aluminiului topit și aliajelor de aluminiu Factorii care influențează incorporarea particulelor în topitura de aluminiu Analiza forțelor care acționează asupra particulelor prin penetrarea în metalele lichide TEHNICI DE ÎMBUNĂTĂȚIRE A UMECTABILITĂȚII Adăugarea de elemente de aliere Acoperirea particulelor Preîncălzirea particulelor FENOMENUL DE INTERFAȚA Reacțiile între particule de carbură de siliciu și topitura de aluminiu Teoria adsorbției Teoria legăturii chimice Teoria difuziei Fluiditate Blocaj mecanic Distribuire METODE DE PRODUCȚIE ACOMPOZITELOR TURNATE Metoda de turnare prin agitare Metoda turnării prin presare sau de infiltrare sub presiune Metoda de turnare în mulaj la presiune înaltă Metoda de turnare prin centrifugare Metoda de turnare gravitațională PROCESUL DE SOLIDIFICARE MĂSURĂTORI DE DURITATE CONCEPTE GENERALE ALE PROCESULUI DE UZURĂ 39 CAPITOLUL 2 OBIECTIVE 41 CAPITOLUL 3 PROCEDURA DE CERCETARE EXPERIMENTALĂ METODE EXPERIMENTALE DE PRODUCERE A PROBELOR TURNATE DIN AI CU STRAT 42 COMPOZIT DE AL-SiCP 3.2. MATERIALE MECANISME 44 2

3 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al 3.4. TEHNICĂ DE PRODUCȚIE A PIESELOR TURNATE DIN ALUMINIU CU STRAT SUPERFICIAL DE 46 COMPOZIT DE Al SiC PRIN TURNARE GRAVITAȚIONALĂ Turnarea topiturii de Aluminiu în matriță acoperită cu sită de SiC Turnarea topiturii de Aluminiu peste un sandviș de pulbere de SiC polistiren amplasată la 47 fundul unei matrițe din metal Turnarea topiturii de Al / aliaj de Al peste un sandviș de pulbere de SiC folii de Al amplasate 48 la baza unei matrițe din nisip și rășină fenolică 3.5. ANALIZA DE IMAGINE AUTOMATA A SiCP (FĂRĂ ȘI CU PARTICULE ÎNCORPORATE) ANALIZA CURBELOR DE RĂCIRE ȘI SOLIDIFICARE ANALIZĂ MECANICĂ ANALIZĂ CU MICROSCOP ELECTRONIC DE BALEIAJ (SEM) 55 CAPITOLUL 4 REZULTATE SI DISCUTII ANALIZA PARTICULELOR DE CARBURĂ DE SILICIU Particule de carbură de siliciu libere Particule de carbură de siliciu legate (sită) DETERMINAREA COEFICIENTULUI VOLUMETRIC AL PARTICULELOR DE CARBURĂ DE 60 SILICIU ȘI ACCELERAREA LOR 4.3. VITEZA DE PRECIPITARE A PARTICULELOR DE CARBURĂ DE SILICIU PROBE TURNATE DIN ALUMINIU CU STRAT SUPERFICIAL DE COMPOZIT DE Al SiC 69 OBȚINUTE PRIN TURNAREA GRAVITAȚIONALĂ A Al ÎNTR-O MATRIȚA DE NISIP ACOPERITĂ CU O SITĂ DE SiC 4.5. METODA OBȚINERII COMPOZITULUI ALUMINIU SiC PRIN TURNARE GRAVITAȚIONALĂ 77 PESTE SANDVIȘ DE PULBERE DE SiC POLISTIREN grosimea stratului de compozit Analiza particulelor de SiC din stratul compozit METODA TURNĂRII PROBELOR DE ALUMINIU CU STRAT COMPOZIT DE Al SiCp OBȚINUTE 85 PRIN TURNAREA TOPITURII DE Al PESTE SANDVIȘ DE PULBERE DE SiC folii de Al Distribuția particulelor de SiC Morfologia particulelor de SiC Procesul de solidificare al probelor TEST DE DURITATE BRINELLS ANALYSIS ANALIZA CU MICROSCOP ELECTRONIC DE BALEIAJ (SEM) 116 CAPITOLUL 5 CONCLUZII GENERALE ANALIZA LITERATURII DE SPECIALITATE CERCETARE EXPERIMENTALĂ THOUGHTS CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI DEZVOLTAREA VIITOARELOR CERCETĂRI 126 DISEMINAREA REZULTATELOR 127 REFERINȚE 128 3

4 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al INTRODUCERE Un material compozit este o combinație naturală de cel puțin două materiale unice cu o interfață identificabile între ele. Aluminiu / SiC iese în evidența printre cele mai concentrate compozite cu matrice de aluminiu (AMC). Aliajele de aluminiu și AMC-uri au fost utilizate pentru a înlocui oțelul în plăci de caroserie auto, piese de motor, și rotoare de frână pentru a diminua greutatea structurală, care a adus un entuziasm extins pentru aceste materiale. Diferite armături a fost folosite în compozite cu matrice de aluminiu cum ar fi: particule, mănunchiuri, fibre scurte și fibre diferențiabile. Aliaj de aluminiu turnat cu strat de compozit din Al particule din carbură de silicon este utilizat într-o varietate de aplicații de inginerie din cauza unor proprietăți excelente în comparație cu aliajele non-armate, cum ar fi; duritate și rezistență la uzură. Această teză se concentrează pe dezvoltarea de noi metode pentru a obține piese turnate din aliaj de Al cu strat din compozit Al prin turnare gravitațională. În primul capitol sunt prezentate definiția și clasificarea compozitele pe bază de matrice și de armare și o atenție speciala asupra compozitului Al-SiC. Sunt prezentate problemele de umectabilitate și încorporare între SiC p și topitură de aluminiu și metodele de îmbunătățire a acestor probleme. Capitolul al doilea prezintă obiectivul acestei teze. Al treilea capitol tratează materialele care descriu și dispozitivele care sunt utilizate în toate metodele pentru a produce compozite. În plus, sunt prezentate procedura pentru fiecare metodă, parametrii de procesare, precum și grafice pentru fiecare metodă. Definirea parametrilor de măsurare a factorilor de formă ai SiC p și curba de răcire sunt de asemenea prezentate Al patrulea capitol este structurat în două părți; În prima parte este prezentată accelerația și viteza de sedimentare diferite forme de particule. Cea de a doua parte prezintă rezultatele pentru fiecare metodă care descriu cum afectează dimensiunea particulelor, cantitatea de SiC p și factorii de formă ai SiC p, grosimea stratului compozite, și duritatea acesteia. Se determină pierderile de căldură și micșorarea temperaturii topiturii de Al în scădere în cupă cu adaosul de SiC p prin calcularea bilanțului termic. Este prezentată influența adaosului de SiC p (%gr.) asupra vitezei de răcire și variației temperaturii în timpul solidificării. Analiza microstructurală a fost realizată cu ajutorul microscopului electronic de baleiaj pentru a examina distribuția elementelor de ranforsare în cazul metodei utilizării sitelor din particule de SiC fixate pe suport textil. 4

5 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Introducere CAPITOLUL 1 MMC este un (sistem compozit cu matrice din metal armat cu particule ceramice), dezvoltat și utilizat pentru mai multe aplicații industriale. Cele mai de succes materiale de armare pentru aluminiu au fost particulele de carbură de siliciu deoarece au o mare rigiditate și duritate, și, în plus, compatibilitatea chimică cu aliaje de aluminiu de până la 500 C [3]. Introducerea de SiC-particule în aliaje de aluminiu, duce la o scădere semnificativă a ductilitații și rezistenței la rupere. Sistemul de aluminiu-siliciu formează un eutectic binar care afișează limitări în solubilitate pentru ambele materiale. Sistemul este caracterizat ca un eutectic neregulat datorită compoziției unui metal cu un nemetal. Solubilitătea siliciului în aluminiu prezintă un maxim la 1,5% la temperatura eutectică și o creștere de până la 0,016% Si la 1190 C Factorii care influențează încorporare particulelor în topitura de Aluminiu Procesul de penetrare a particulelor poate fi împărțită în două părți: penetrarea particulei prin suprafața topiturii și mișcarea unei particule într-un lichid. O diagramă schematică a procesului de penetrare a particulelor de carbură de siliciu în Al topitură este prezentată în figura 1.4. Prima parte este de fapt o problemă de umezire, unde suprafața diferitelor interfețe în sistem (solid vapori, lichid-vapori și solid-lichid), se schimbă în timpul penetrării prin suprafața topiturii. Particula își pierde energia cinetică atunci când pătrunde suprafața lichidului, în funcție de tensiunile superficiale (energiile) diferitelor interfețe [46]. Figura 1.4. Procesul de penetrare a particulelor de carbură de siliciu în topitura deal. 5

6 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Umectabilitate este proprietatea lichidelor de a se răspândi pe suprafețe solide. Umectabilitatea slabă poate duce la contaminarea materialului final, deoarece împiedică contactul dintre cele două faze. Pe suprafața lichidului de Al există un strat de Al 2 O 3 în timp ce pe particulele de SiC se formează un strat de SiO 2, care nu permite contactul între particule [47]. Umectarea dintre metal și ceramică ar putea fi factorul cel mai important în producția de MMCS. Cu toate acestea, natura non-umezire a majorității materialelor ceramice a cerut ca numeroși analiști să cerceteze posibilitatea de a spori capacitatea de umectare a materialelor ceramice. Cel mai important lucru pentru a favoriza adeziunea între materialele ceramice și metal constă în controlul proceselor de turnare, microelectronicii, protecției de suprafață și tehnologiei de acoperire [48] TEHNICI DE ÎMBUNĂTĂȚIRE A UMECTABILITĂȚII Mai multe metode au fost aplicate pentru a îmbunătăți umectarea particulelor SiC cu matrice de aluminiu topit: 1. Adăugarea de elemente de aliere în metalul topit, cum ar fi, Cu, Mg, Li. 2. Utilizarea de acoperiri, cum ar fi, Cu, Ni, Cr, Ag. 3. Preîncălzirea elementelor de ranforsare Turnare gravitațională Procesul de turnare poate fi definit ca atunci când metalul topit este turnat sub forța gravitațională. Turnare Gravitațională poate fi clasificată în funcție de tipul de matriță: turnarea în nisip și turnarea permanentă. Turnarea în nisip Turnarea în nisip este o metodă tradițională pentru crearea pieselor prin simpla turnare a topiturii într-o formă din nisip natural sau sintetic sau un material amestecat în mod artificial și nu are limitări în ceea ce privește materialul de turnare. Printre alte beneficii includ costuri reduse și operațiuni de dimensiuni mici și metoda permite pieselor complexe să fie turnate. Turnarea permanentă Această metodă de turnare implică utilizarea de matrite reutilizabile realizate din materiale dure, de obicei, din metal. Procesul de turnare permite utilizarea repetată a matrițelor în scopul de a produce piese cu din aceeași formă (Figura 1.9). Turnarea permanentă este potrivită pentru producțiile industriale ale pieselor cu reproductibilitate ridicată, decupări limitate sau miezuri interne complicate [100]. Principalele avantaje ale formei de turnare permanente sunt producția de piese turnate uniforme cu finisaj de suprafață și proprietăți mecanice mai bune, dar principalul dezavantaj este costul matrițelor. 6

7 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al OBIECTIVE APITOLUL 2 Principalul obiectiv al tezei este de a studia posibilitatea de a obține piese turnate din Al / aliaj de Al cu strat superficial crustă din compozit Al / aliaj de Al SiC p. Teza de doctorat se axează pe dezvoltarea unei noi posibilități de a îmbunătăți compatibilitatea particulelor de Al topit - SiC pentru a facilita producerea de piese turnate din aliaj de Al / aliaj de Al cu strat superficial (crustă) de compozit Al. În același scop, au fost testate unele tehnici speciale de turnare care permit ca producerea stratului superficial compozit din Al condiții de laborator. Sunt prezentate noi metode experimentale pentru a obține piese turnate din Al cu crustă din compozit Alrin turnare gravitațională. Acest lucru se referă la Analiza SiC p ; difracție cu raze X, mărimea particulelor și coeficientul de formă al particulelor la experimentările pentru obținerea compozitului Al ; Prepararea de matrițe speciale acoperite cu sită carbură de siliciu. Studiu privind efectul dimensiunii particulei SiC p sau numărul ochiurilor sitei asupra densității particulelor și distribuției lor în matricea de aluminiu; Producerea stratului superficial de compozit din aliaj de Al prin turnarea topiturii de aluminiu peste pachete sandwich SiCp-polistiren; Producerea de piese turnate din compozit Alrin turnarea topiturii de Al / aliaj de Al turna peste sandwich-uri preparate special din folie de Al - pulbere de SiC. Studiul procesului de solidificare a probelor compozite Alrin analiza automată a curbei de răcire; Examinarea probelor prin microscopul optic și analiza microfotografiei pentru a determina densitatea particulelor, și factorii de formă medii (sfericitate, raportul dimensional, factorul de formă și alungire); Măsurarea durității Brinells în stratul superficial de compozit; Măsurarea grosimii crustei compozite Al-SiC cu ajutorul unui microscop optic; Analiza SEM a posibilelor interacțiuni dintre matricea de Al și particule de SiC. 7

8 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al CAPITOLUL 3 PROCEDURA DE CERCETARE EXPERIMENTALĂ Trei proceduri pentru a produce mostre de Al turnat cu strat de compozit Al au fost folosite ca metode de turnare (Figura 3.2): a) sită din aluminiu fabricată din pulbere de carbură de siliciu legat (suport textil); b) Aluminiuarticule -polistiren (ca suport volatilizabil); c) Aluminiuulbere folii de Al în straturi (pentru a permite împrăștierea pulberii). Fig Organigramă pentru pregătirea și analizele probelor compozite Al-SiCp Turnarea topiturii de Al într=o formă căptușită cu sită de SiC (experimentul 1.a) Forma de nisip, care a fost folosită pentru această metodă a avut o formă cilindrică (45mm diametru și 101mm înălțime). Acesta a fost executată manual și încălzită la 325 C pentru a îndepărta orice umiditate și reduce diferența de temperatură între matriță și topitură. Sita realizată din pulbere de SiC fixată pe suport txtil a fost folosită ca material de armare. Patru dimensiuni diferite de site de SiC p (40 cu ochiuri, ochiuri 120, 180 ochiuri, și ochiurilor de plasă 220), au fost alese ca elemente de ranforsare. Suprafața activă a matriței a fost acoperită cu un strat de sită în formă cilindrică, în timp ce partea inferioară a matriței a fost acoperită printr-o sită formă de cerc (figura 3.6). 8

9 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Fig Sectiune a unei forme de nisip, căptușită cu sită de SiC p. Aluminiu a fost topit într-un cuptor cu gaz într-un creuzet de grafit prin utilizarea unei tehnici specifice clasice de topire a Al și supraincalzire la 900ºC. Turnarea topiturii de aluminiu în formă a fost realizată la 900 C Turnarea topiturii de aluminiu peste un sandwich din pulbere SiCpolistiren plasat pe fundul unei matrițe metalice (experimentul 1.b) Sandvișuri de SiC pulbere - granule de polistiren au fost folosite în această metodă pentru a obține compozit Al-SiCp prin turnarea topiturii Al în matriță metalică (figura 3.8). Trei adaosuri în procente de volum de pulbere de carbură de siliciu au fost folosite (1, 2, 3% vol.) - (granule 0,5 g poli-stiren) ca sandwich-uri. Matrița cu dimensiunile (înălțime 170 x diametru 31) mm, este utilizată în această metodă. Două straturi de carbură de siliciu și două straturi de polistiren au fost aranjate după cum se arată în figura 3.8. Aliajul de aluminiu a fost încărcat într-un creuzet de grafit și se încălzește la 900 C până se omogenizează întreaga topitură în creuzet. Aluminiul topit se infiltrează în interiorul straturilor după turnarea aliajului în matriță. Fig Matriță de metal care conține pulbere de carbură de siliciu - granule de polistiren ca un sandwich plasat pe partea de jos a matriței (proba cilindrică). 9

10 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Turnarea topiturii aliaj Al / aliaj de Al peste un sandwich de pulbere SiC folii de Al plasat pe fundul unei forme cupă din nisip peliculizat (experimentul 1.c) Trei tipuri de matrici au fost folosite în această metodă: aluminiu, Al-Si12, Al-Si12-1,5mg. S- au folosit particule cu dimensiune medie de 106 μm și a fost variată cantitatea adăugată (1g; 1.5g și 2 g SiC p ). Folia de aluminiu (0,28 g) având p față adezivă a fost tăiată în trei bucăți având aceeași suprafață ca și baza cupei de nisip. Pachetul a fost realizat din trei straturi de folie de aluminiu și două straturi de pulbere de carbură de siliciu. În plus, pentru o probă de 2g, pulbere de SiC pachetul din folie de Al a fost perforat în vederea reducerii tendinței sale de flotare. Matrițe tipice au fost folosite pentru analiza termică a solidificării pentru a studia efectele posibile ale adăugării pulberii de SiC asupra parametrilor curbei de răcire (Figura 3.9). Figure 3.9. Montajul cupă-sandvișuri din folie de Al și pulbere de SiC folosit la experimentări CAPITOLUL 4 REZULTATE ȘI DISCUȚII DETERMINAREA COEFICIENTULUI VOLUMETRICA SI ACCELERAȚIEI CRITICE A PARTICULELOR CARBURĂ DE SILICIU Deși turnarea gravitațională pare a fi cea mai simplă și mai ieftină metodă de a produce compozit aluminiu - particule de carbură de siliciu, o problemă majoră apare la realizarea amestecului prin agitare mecanică datorită condițiilor de neumectare din sistem. Pentru a pătrunde în topitură de aluminiu, o particulă de carbură de siliciu trebuie să depășească o accelerație critică. Pentru o particulă sferică valoarea accelerației critice poate fi determinată prin relația: ( ), (4.1) unde: este tensiunea superficială la interfața topitură din aluminiu - gaz, - gradul de umectare, - raza particule, - densitatea particulei; - densitatea aluminiului lichid. Pentru o particulă sferică, 10

11 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al [ ], (4.2) Din relația 4.2, poate fi obținută relația generală a accelerației critice: [ ], (4.3) unde: este un coeficient de formă volumetric, - masa particulei pentru o particulă sferică = Valorile calculate ale coeficientul de formă volumetric pentru diferite tipuri de particule sunt prezentate în Tabelul 4.4. Table 4.4. Valorile calculate ale coeficientului de formă volumetric Forma particulei Formula matematică a Valoarea Sferă ( ) Cilindru,, * Conic,,, * Frustum conica,,, ( ) * Cub, 6 6 Prismă triunghiulară,, ( ) Prismă dreptunghiulară,, 5.04, Piramidă pătratică,, ( ) Piramidă normala, ( ) ( ) Piramidă (bază hexagonală),, ( ) ( ) Piramidă pătratică trunchiată,,, ( )

12 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al In Fig. 4.6 șă 4.7 sunt prezentate valorile accelerației critice pentru particule cu diferite forme. Calculele s-au făcut pentru 973 K, și o valoare a unghiului de contact pentru particulele oxidate de SiC [64], relațiile Shen și Keene pentru tensiunea superficială a topiturii de aluminiu, ecuația lui Luca pentru densitatea lichidului din aluminiu și o masă a particulei = 1, kg (echivalent cu o particulă sferică cu raza de 100 µm) [55, 111]. Critical acceleration, a cr 10 5 [m/s²] Sphere Cylinder Conical Conical frustum (Shen) (Keene) Shape of particle Fig Accelerația critică pentru particule rotunde la 973K. 3 Critical acceleration, a cr 10^5 [m/s²] (Shen) (Keene) Shape of particle Fig Accelereația critică pentru particule poliedrice la 973K. În Figura 4.6 și Figura 4.7, rezultatele arată că particulele piramidale triunghiulare au valorile minime ale accelerației critice în comparație cu alte forme, dar, în ciuda acestui fapt, s-ar putea să nu fie suficientă pentru penetrarea particulei. De asemenea, particulele sferice și piramidă triunghiulară au aproape aceeași valoare a accelerației critice. 12

13 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al 4.4. PROBELE TURNATE DIN ALUMINIU CU STRAT DE COMPOZIT Al-SiCp OBȚINUTE PRIN TURNARE GRAVITAȚIONALĂ ÎN FORMĂ DE NISIP CĂPTUȘITĂ CU SITĂ DE SiC (experiment 1.a) Analiza grosimii stratului compozit Al-SiC. Dimensiunea granulelor particulelor de SiC extrase din site și capacitatea lor de încorporare cu topitura de aluminiu ar determina grosimea stratului de compozit Al, care apare în secțiunea transversală a eșantionului, Figura Figura Secțiunea transversală a probei cu strat de compozit Al- SiC p (experiment1.a). Tabel 4.7 prezintă valorile grosimii stratului superficial de composit Al -SiC. Tabel 4.7. Influența ochiurilor sitei asupra grosimii stratului compozit la probele turnate din Al Symbol Sieve mesh Skin thickness (μm) A A A A Unde: A1: Al-SiCp extras din sita (40 mesh), A2: Al extras din sită (120 mesh), A3: Al-SiCp extras din sită (180 mesh), A4: Al extras din sita (220 ochiuri ). După cum rezultă din tabelul 4.7, grosimea stratului compozit Al în proba A1 este mai mare decât celelalte probe, ceea ce înseamnă o mai bună compatibilitate între particule și topitura de 13

14 Particle density (no. of Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Al în acest interval de mărime al particulelor de SiC. Probele A2, A3 și A4 au SiC p cu viteză mare de sedimentare mai mult decât SiC p în A1 datorită valorii scăzute ale sfericității în A1. Pentru proba A4, cele mai multe particule au o formă sferică; acest lucru a condus la o viteză ridicată de sedimentare a acestor particule mai mult decât alte probe și încorporarea slabă între particule și topitură. Așa cum rezultă din figura 4.19, dimensiune optimă a particulelor SiCpare să fie cea de 40 mesh, care asigură o densitate mai mare de particule pe secțiunea probei. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că așezarea particulelor în topitură deja începe să apară atunci când topitura este încă în matriță. Acest lucru se datorează faptului că densitatea SiC p este mai mare decât cea a aluminiului topit iar valoarea mai scăzută a sfericității particulelor duce la o viteză de sedimentare mai mică a acestora. Prin urmare, tendința de sedimentare mai mare a particulelor sferice (120, 180 și 220 mesh) duce la p grosime mai mică a stratului de compozit. și 8 6 particles)1 /mm Sieve mesh Figura Densitatea particulele de carbură de siliciu în matricea de aluminiu. Deși dificultățile mari de cuantificare a formei particulelor în special de particule neregulate, analiza câtorva parametrii propuși pana acum să descrie atât particulele libere cât și cele incroporate de SiC de diferite forme a fost în general acceptată [114]. În acest context, rezultatele analizei coeficienților formei atât a particulelor individuale SiC (SiC pulbere) și particule de SiC Alîncorporate sunt prezentate în figurile de mai jos spre comparație. 14

15 Mean of sphericity Mean aspect ratio Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al SiC powder Al-SiCp composite 0 Mesh 40 Mesh 120 Mesh 180 Mesh 220 Sample Figura Valoarea medie a raportului dimensional. Rezultatele din Fig arată că raportul dimensional scade cu scăderea mărimii particulelor, atât pentru particule libere cât și cele încorporate, practic, în același mod (11% în scădere pentru particule libere și 6%, în scădere pentru particule încorporate, respectiv). De obicei, forma SiC p devine mai regulată și mai aproape de formă sferică la dimensiuni mici, prin urmare, scăderea raportului dimensional este normală. În toate cazurile, raportul dimensional al particulelor libere este mai mică decât a particulelor încorporate, diferența fiind de aproximativ 17% [15% pentru cele mai mari particule (40 mesh) și 19,6% pentru cea mai mică (220 mesh)]. Acest caz se referă la o anumită reacție chimică ar putea fi să apară la limita SiC p Sfericitatea medie pentru SiC p (pulbere) și încorporate SiC p în aluminiu sunt prezentate în figura SiC powder Mesh 40 Mesh 120 Mesh 180 Mesh 220 Al-SiCp composite Sample Figura Valoarea medie a sfericității particulelor în funcție de dimensiune. Particulele de SiC p (pulbere) extrase din sită au o valoare medie mai mare a intervalului de sfericitate ( ,493) în comparație cu media intervalului de sfericitatea la particulele de SiC p încorporată în topitura de aluminiu (0, ,374). De obicei, particulele cu dimensiune redusă prezintă un grad de uniformitate al sfericității mai mare, așa cum se arată în figura

16 Mean elongation Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Mesh 40 Mesh 120 Mesh 180 Sample Mesh 220 SiC powder Al-SiCp composite Figura Valoarea medie a alungiri particulelor de SiC De obicei, alungirea medie a particulelor este invers proporțională cu media sfericității. În figura 4.22 este clar că alungirea medie la particule mari este mai mare decât la particule mici. Se constată că alungirea particulelor de SiC p (pulbere) este mult mai mare la particulele încorporate. Aceasta se explică prin anumite reacții chimice care pot să apară între particulele de carbură de siliciu și topitura din aliaj de aluminiu și formarea unui alt compus care rămâne în topitură, cum ar fi: 4Al + 3SiC Al 4 C 3 + 3Si (4.8) Stratul de reacție continuă al Al 4 C 3 a avut loc la 900 C între aluminiu topit și carbură de siliciu [115]. Al4C3 este format la interfața în timp ce Si se dizolvă în matricea Al care a dus la reducerea valorii medii a factorului de alungire PROBELE DE ALUMINIU TURNATE CU STRAT DE COMPOZIT DE SiC OBȚINUTE PRIN METODA TURNĂRII GRAVITAȚIONALĂ A TOPITURII DE Al ASUPRA SANDWICH-URILOR DE PULBERE DE SiC - POLISTIREN (EXPERIMENT 1.b) Polistirenul este un polimer sintetic aromatic (C 8 H 8 ) n cu o densitate 0,96-1,04 g / cm 3 și temperatura de topire 240 C. Acesta conține carbon fix care nu arde chiar si la 1000 C. De aceea în clusterii de particule se pot forma goluri (porozitate) dupa ce polistirenul arde și hidrogenul este eliberat. Aceste porozități pot fi umplute cu aluminiu topit care poate duce la încorporarea mai bună între topitură și particulele. Deși Hidrogenul eliberat din polistiren contracarează tendința de flotare a particulelor de SiC favorizând reținerea acestora în topitură. Figura 4.27 arată distribuția SiC p pe secțiunea probei în funcție de procentul volumului de carbură de siliciu. De obicei, polistirenul are capacitatea de a se umfla. În timpul umflării, materialul se schimbă dintr-un solid rigid, într-un hidrogel moale foarte umflat. Particulele de carbură de siliciu interferează cu polistirenul și pot fi încorporate în topitura de aluminiu. 16

17 Particles diensity (no. particles), (1/mm 2 ) Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al 1vol. % SiC 2vol. % SiC 3vol. % SiC Figura Micrografii optice ale crustei de compozit Al SiC p experiment 1.b (neatacat). De obicei, particulele tind să se sedimenteze (datorită densității ridicate), mai mult decât să floteze atunci când straturile de gaz sunt distruse, de aceea solidificarea rapidă a fost foarte importantă pentru a preveni sedimentarea particulelor. Rezultatele din fig. 4,27 la 3 vol. % arată că numărul de particule din topitura de Al este clar mărit cu adaosul procentual de SiC p. Efectul cantității de material de ranforsare asupra densității particulelor materialului compozit este prezentat în figura Rezultatul arată că odată cu creșterea cantității de particule de SiC adăugată crește și densitatea particulelor de SiC în stratul de compozit. O ușoară creștere a fost observată la densitatea particulelor, deoarece particulele de carbură de siliciu au o valoare mai mare decât aluminiu (densitatea Al este de 2,7 g / cm 3 iar cea a SiC p este 3,21 g / cm 3 ). Proporția de spații libere a materialului compozit scade odată cu creșterea cantității de material de ranforsare [116] %1 %2 %3 Vol. % of SiC p addition Figura Densitatea particulelor de SiC în stratul compozit (experiment 1.b) 17

18 Mean elongation Mean sphericity Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al După analiza probelor s-au obținut diferite densități ale particulelor de SiC în capătul barei. Se poate observa că suprafața medie a particulelor a crescut de la la μm 2 la 1 vol.% de SiC p în compozit la μm 2 la 3 vol.% de SiC p indicând astfel o creștere de mai mult de două ori. Densitatea particulelor crește cu creșterea de procente adaos de SiC p. Aceasta se referă la creșterea medie a ariei care permite mai mult de distribuție în topitură. Diferitele măsurători ale coeficienților de formă sunt reprezentate grafic vs. procentul în greutate de adaos pulbere SiC p în Figurile 4.30 și Punctele de pe curbă pentru aceste cifre corespund unei ecuații polinomiale de ordinul y = -25x x % 1% 2% 3% Vol. % of SiCp Figura Efectul adaosului procentual de SiC p la sfericitate medie a SiC p. Valoarea medie a a sfericității a crescut de la 0,232 la 1 vol. % SiC p la 0,289 la 3 vol. % SiC p. Creșterea fracției de volum a particulelor de SiC reduce considerabil lungimea spiralei, iar reducerea se datorează probabil creșterii vâscozității. Anumite elemente, cum ar fi Si și Mg, care se găsesc în aliaj ar putea fi la interfața cu SiC p și pot cauza creșterea sfericității din cauza unor compuși y = -2155x x % 1% 2% 3% Vol. % SiCp Figure Efectul adaosului procentual de SiC p asupra alungirii medii a particulelor de SiC p. În figura 4.31, scăderea alungirii medie la creșterea procentului volumului SiC p este rezultatul formei granulelor care se apropie de formă sferica, care este un rezultat al procesului de frecare și eroziune între particulele. 18

19 Particlesdensity (no. particles), (1/mm 2 ) Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al 4.6. METODA TURNĂRII PROBELOR DE ALUMINIU CU STRAT COMPOZIT DE Al - SiC P OBȚINUT PRIN TURNAREA TOPITURII DE Al PESTE SANDWICH-URILE DE PULBERE DE SiC FOLII DE Al (EXPERIMENT 1.c) Distribuția particulelor de SiC Wt.% SiCp commercial Al Al-Si12 Al-Si12-Mg Figure Densitatea particulelor de carbură de siliciu în diferite aliaje. Unele observații pot fi făcute cu privire la aceste tehnici de compozit Al-SiC: Conform rezultatelor din figura 4.37 creșterea adaosului pulbere SiC în pahar conduce la creșterea lentă a densității particulelor în eșantion. Acest lucru ar putea fi explicat prin scăderea temperaturii de topire, deoarece asimilarea de folie Al necesită un consum ridicat de căldură, care duce la o scădere a temperaturii topiturii. În acest mod foliile de Al nu sunt topite iar ca rezultat sandvișul pulbere de SiC -Al va pluti fără asimilare. Așa că este necesară o bună corelație între temperatura de topire și greutatea sandwich-ului. Mult mai mult, sandwich-ul trebuie să fie fixat la fundul matriței prin mijloace mecanice; - Atât alierea cu siliciu și în special Mg a dat o mai buna asimilare a pulberii SiC și ca rezultat a fost obținută o densitate mai mare de particule SiC; - După cum se știe, adaosul de magneziu îmbunătățește caracteristicile de umectare ale compozitelor aluminiu alloy- SiC p datorită tensiunii superficiale mai mici. Magneziul acționează ca un captator de oxigen, crescând astfel energia de suprafață a particulelor. Cu toate acestea, magneziul nu trebuie adăugat în exces, deoarece acest lucru va forma compuși cu topire joasă, care vor avea un efect negativ asupra proprietăților mecanice ale compozitului [57]. Adaos de siliciu ar putea evita reacția dintre Al și SiC. Adăugarea Si la aluminiu previne formarea Al 4 C 3, dar nu afectează umectabilitatea între SiC și aluminiu. În reacție atât Si legat cât și cel liber previn formarea Al 4 C 3 și este eficient în promovarea umectabilității aluminiului lichid, în intervalul de temperatură o C. 19

20 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Procesul de solidificare a probelor Adăugarea de particule de carbură de siliciu sau a unor elemente de aliere, cum ar fi Mg, Si în aliaj de Al de obicei afectează atât morfologia cât și parametrii de răcire curbelor de solidificare a compozitelor aliaje Al SiC P. A fost realizată analiza automată a tuturor probelor în cadrul procesului de solidificare a fost realizat. Aspectul curbei de răcire pentru cele trei aliaje este reprezentat în Figura Figure Curba de răcire și prima sa derivată pentru Al -2wt.% adaos SiC p (De asemenea, a se vedea tabelul 3.5). Figure Curba de răcire și prima sa derivată pentru Al Si12-2wt.% adaos SiC p (De asemenea, a se vedea tabelul 3.5). 20

21 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Figure Curba de răcire și prima sa derivată pentru Al Si12-1.5Mg-2.0wt.% adaos SiC p (De asemenea, a se vedea tabelul 3.5). Adăugarea de Mg la compozitele cu Al-SiC are efecte benefice asupra caracteristicilor de umectabilitate ale matricei datorită tensiunii superficiale reduse. Cantitatea optimă de Mg este de aproximativ 1-1,5%, pentru a obține cea mai bună distribuție și proprietățile mecanice. Adaosul reduce de asemenea, temperaturile în procesul de solidificare. Calculul recalescencei la solidificarea Al sau eutecticului Al-Si Bilanțul termic Căldura specifică a SiC p este mai mare decât al topiturii din aliaj de aluminiu, prin urmare, creșterea cantității SiCp din aliaj de Al determinat scăderea căldurii latente eliberate. În plus, căldura sensibilă a compozit Al a crescut ca urmare a creșterii de căldură specifică și acest lucru a dus la scaderea cantitatii de caldura. În tabelul 4.24 sunt prezentate valorile scăderii temperaturii topiturii de Al sub diferite adaosuri de pulbere de SiC. Table Valorile Q assim fără pierderi T m Al matrix As Wt. % SiC p Qassim, J ΔT assim, C După cum se poate observa în Tabelul 4.24, ΔT assim (scăderea temperaturii topiturii de Al) se mărește odată cu creșterea conținutului de particule de carbură de siliciu din compozit. Se vede că valoarea căldurii specifice a SiC p este mai mare decât căldura specifică a topiturii de Al, prin urmare, creșterea conținutului SiC p a condus la scăderea căldurii latente eliberată la solidificare și reducerea cantitaății de aluminiu lichid. 21

22 ΔT total loss, C Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Figura arată pierderile totale ale temperaturii din cupă Wt. % SiC p Figura Efectul wt. % SiC p privind pierderile totale de temperatură în cupe. Analiza parametrilor curbei de răcire (a se vedea, de asemenea, tabelul 3.5 și tabelul 4.26) Analiza evenimentelor curbei de răcire în timpul solidificării eșantioanelor a fost făcută cu ajutorul primei derivate care arată pozitia evenimentului de pe curba de răcire. Rezultatele analizei sunt prezentate în Tabelul

23 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Tabel Analiza curbelor de răcire Wt.% SiC p 0 T M C /t(s) T nucl. Al C /t(s) T min. Al cry C/t(s) T max Al cry C/t(s) T nucl. EUT C/t(s) T min EUT C/t(s) T max EUT C/t(s) T ES C/t(s) Δ Tr (Al cr) Δ Tr (EUT) AL SiCp AL-Si12-SiCP AL-S1i2-1.5Mg-SiCP penetr ated Al foil

24 ΔT/Δt ( C/s) ΔT/Δt ( C/s) Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Viteza de răcire, la cristalizarea Al și cristalizarea eutecticului a crescut atunci când se adaugă particule de carbură de siliciu. Creșterea procentului de SiC p duce la un timp mai scurt de solidificare și reține SiC p pentru a încălzi interiorul particulelor. Topitura este rece și se solidifică în zona îndepărtată a particulelor ca urmare a reducerii conductivității termice și difuzivității termice efective a SiC p. Adăugarea de Mg la aliajului Al crește umectarea și îmbunătățește viteza de transfer de căldură. Conductivitatea termică a SiC p, de obicei, a fost scăzută în comparație cu aliajul de aluminiu. Aceasta afectează viteza de răcire. Figurile 4.62 până la 4. 64, arată viteza de răcire cu diferite procente SiC p la diferite aliaje de Al cr1 cr Wt. % SiC p Figure Efectul (wt.%) SiC p asupra vitezei de răcire la regiunile de cristalizare și eutectice ale Al (Cr 1 =T M -T min EUT / t min EUT t M alloy, Cr 2 = T min EUT - T ES / t Es t min EUT ). Particulele de carbură de siliciu joacă un rol dominant prin creșterea vitezei de răcire. Din figura 4.62 se observa o viteză de răcire în creștere cu creșterea semnificativă a valorii SiC p în topitura de Al. Viteza de răcire rezultată din curbele de răcire arată că creșterea particulelor de SiC în topitura de Al au coborât temperatura lichidelor (vezi tabelul 4.26). Aceasta poate fi atribuită condiției de nucleație nefavorabilă a aluminiului primar predominantă la suprafața particulelor de armare și depresiunea din punctul de solidificare datorită prezenței armaturii cr1 cr Wt. % SiC p Figure Efectul (wt.%) SiC p privind viteza de răcire la cristalizare din regiunea eutectică a aliajului Al Si12 (Cr 1 =T M -T min EUT / t min EUT t M alloy, Cr 2 = T min EUT - T ES / t Es t min EUT ). 24

25 ΔT/Δt ( C/s) Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al În timpul solidificării, concentrația atomilor de Si în faza lichidă lângă interfața solid-lichid crește viteza de răcire. Acest lucru este clar în Figura Wt. % SiC p cr1 cr2 Fig Efectul (wt.%) SiC p privind viteza de răcire la cristalizare din regiunea eutectică a aliajului Al Si12-Mg (Cr 1 =T M -T min EUT / t min EUT t M alloy, Cr 2 = T min EUT - T ES / t Es t min EUT ). Căldura specifică a SiC p este mai mare decât cea a aliajului de Al. Creșterea adaosului de SiC p în aliajul de Al a condus la observarea căldurii latente în procesul de solidificare și a scăzut cantitatea de lichid în unitatea de volum. Pe de altă parte, căldura sensibilă a compozitului topit crește, datorită creșterii căldurii specifice. Viteza de răcire în compozitul Al-Si12-Mg este mai mare decât în compozitul de Al și compozitul de Al-Si12 deoarece magneziul joaca rolul important. Deteriorarea mecanismului de nucleație și creștere a elementului constitutiv micro asociat cu prezența Mg în aliaj acționează ca un agent de nucleere și a afectat viteza de răcire a compozitului Al-Si12-Mg ANALIZA PRIN MICROSCOPIE ELECTRONICĂ DE BALEIAJ (SEM) (experiment 1.a probă obținută cu sită de 220 mesh) Două tipuri de particule au fost identificate prin tehnica SEM : a. Fir de sită nedezintegrată conținând liant pe suport textil și particule de SiC; b. Particule de SiC încorporate în matricea de Al provenind din firele din sita de SiC dezintegrată Ambele poziții analizate și compoziția chimică a acestora sunt prezentate în tabelul 4.35 în timp ce scanarea cu raze X este prezentat în Fig. 4,70 și 4,71, respectiv. Unele comentarii au putut fi făcute în urma analizării acestor rezultate după cum urmează. După cum din tabelul 4.35 se poate observa unele rămășite de sită nedezintegrată de SiC s-au găsit ca fire cu particule de SiC lipite. Formele poligonale au fost considerate a fi particule de SiC legate, din cauza conținutului lor ridicat de siliciu și prezența carbonului în ciuda conținutului mai scăzut al ultimului.conținutul de oxigen foarte mare (mult mai mult decât la echilibru cu siliciu), atât în zona particulelor de SiC cât și în spațiul dintre ele sugerează prezența SiO 2 ca urmare a oxidării particulelor de SiC și / sau din alte surse externe. O parte din oxigen ar putea fi legat de Al, care este 25

26 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al prezent în special în zona dintre particulele de SiC. O compozitie chimica mult mai complexă a fost înregistrată în spațiul dintre particulele de SiC, care este matricea firului textil. Acest lucru poate fi explicat dacă se iau în considerare suportul textil și adezivul acestuia. Prezența firelor de sită nedezintegrate în matricea de aluminiu sugerează o temperatură insuficientă a topiturii de Al cauzată de o temperatură de turnare scăzută sau o viteză scăzută de turnare. În acest sens sunt necesare mult mai multe experimente pentru stabilirea valorilor optime ale parametrilor turnarii topiturii de Al. Particulele de SiC înglobate au o compoziție specifică SiC (siliciu mai mare și un nivel mai scăzut de carbon), dar, de asemenea, cu un conținut relativ ridicat de oxigen, ceea ce sugerează oxidarea SiC. Prezența Al în compoziția particulelor de SiC poate fi atribuită posibilității formării compusului Al4C3 ca urmare a reacției dintre topitura de Al și particule de SiC la temperatură ridicată (vezi rel. 1.16). Semnalul Al ar putea, de asemenea, proveni din matricea de Al dacă grosimea particulelor SiC este foarte mică. Nivelul scăzut al carbonului din SiC este atribuit nivelului de precizie scăzut al instrumentului inferior pentru elementele ușoare, cum ar fi determinarea carbonului. Cu toate acestea se poate observa o suprapunere mai bună a hărții carbonului pe harta siliciului în comparație cu cea a oxigenului. Semnalul de oxigen provine în special din zona înconjurătoare particulelor de SiC. Analiza EDAX pe suprafața matricei de Al prezintă o compoziție sepcifică de aluminiu comercial, având ceva Mg și Fe în compoziție. După cum se știe, Mg este considerat ca un element benefic datorită influenței sale favorabile asupra înglobării particulelor de SiC în timp ce Fe este considerat ca un element nociv din cauza precipitării fazelor de fier fragile la solidificarea aluminiului. 26

27 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Tabel Compoziția chimică a diferitelor zone de interes Non disintegrated SiC sieve wire with bonded SiC particles Embeded in Al matrix SiC particles Pos. 1- SiC particle Pos. 2-wire matrix Pos.3-wire matrix Singular SiC particle Aglomerated particles Al matrix area Chemical composition Wt. % A. wt. % Wt. % A. wt. % Wt. % A. wt. % Wt. % A. wt. % Wt. % A. wt. % Wt. % A. wt. % Al Al Al Al Al Al C C C C C C Si Si Si Si Si Si Mg Mg Mg Mg Mg Mg O O O O O O

28 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Ca Ca Ca Ca Ca Ca Fe Fe Fe Fe Fe Fe Ti Ti Ti Ti Ti Ti Na Na Na Na Na Na Zn Zn Zn Zn Zn Zn S S S S S S K K K K K K

29 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Fig Imagine compo și cartografierea firului sitei de SiC de sită încorporat în matrice de Al și distribuția elementelor. 29

30 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Fig Imagine compo și cartografierea particulelor de SiC înglobate în matricea de Al și distribuția elementelor. 30

31 Cercetări privind posibilitatea obținerii pieselor turnate din aliaj de aluminiu cu strat superficial din compozit Al Concluzii 5.2. CERCETARE EXPERIMENTALĂ PROPRIE Determinarea coeficientului volumetric al particulelor de carbură de siliciu, factorului de formă, accelerației și vitezei de sedimentare Particulele piramidale triunghiulare au valorile minime ale accelerației critice comparativ cu alte forme, cu aproape aceeași valoare pentru particule sferice. Particulele piramidale (bază hexagonală), au o valoare mai mare a coeficient de formă volumetric decât alte forme care au o margine dreaptă, cum ar fi prisme triunghiulare, prisme dreptunghiulare, piramidă pătratică etc. Coeficienți volumetrici de formă ai cilindrului sunt mai mari decât alte valori ale coeficientului de formă volumetric pentru alte particule care au o formă rotundă. Viteza de sedimentare pentru toate formele de SiC p din aliaj de Al este mai mică decât în aliajele Al-4 Mg și Al-2Si, deoarece fluiditatea acestor aliaje este mai mare decât fluiditatea Al, ca urmare a existenței Si și Mg. Probe turnate din aluminiu cu strat de compozit Al-SiC, obținute prin turnarea gravitațională a topiturii de Al într-o matrița de nisip căptușită cu sită de SiC (experiment 1.a) Mărimea optimă a particulelor SiC este de 40 mesh, ceea ce asigură o densitate mai mare de particule pe topitura de aluminiu. Raportul mediu al factorului dimensional al particulelor mici de SiC p (220 mesh) este mai mic decât al particulelor mari, deoarece raportul dintre lungime și lățime scade în SiC p iar ca rezultat particulele se apropie ca formă de sferă. Sa constatat că alungirea medie a particulelor de SiC p libere (pulbere) este mult mai mare, în comparație cu cea a particulelor de SiC p încorporate în matricea de aluminiu. Valorile factorului de formă ale particulelor libere (pulbere) sunt constante mai mari decât valorile similare pentru particulele de SiC încorporate în matricea Al. Grosimea stratului compozit obținut prin utilizarea particulelor SiC extrase din sită (40 mesh) este mai mare decât alte dimensiuni de sită. Probe turnate din aluminiu cu strat de compozit Al-SiC, obținute prin turnarea gravitațională a topiturii de Al peste un sandviș de pulbere de SiC - polistiren (experiment 1.b). Prin turnarea de Al topit peste sistemul de tip sandwich SiC p -polistiren, polistirenul trece de la o stare solidă rigidă într-un hidrogel moale foarte umflat. Particulele de carbură de siliciu s-au amestecat cu polistirenul si pot fi introduse în topitura de aluminiu. 31