An influence of mechanical mixing and hot-pressing on properties of NiAl/Al2O3 composite

Abstract

Intermetallic phases of the Ni-Al type belong to the group of modern constructional materials which have numerous advantageous properties such as high melting temperature, low density, high resistance to high-temperature oxidation (to about 1200• C), high mechanical strength, high fatigue strength, and high tensile and compressive strength (also at elevated temperatures). Intermetallic compounds have however also drawbacks in that they are quite brittle at room temperature which makes their mechanical processing very difficult and restricts their application range. These drawbacks can be obviated by modifying their chemical composition. Improving the properties of NiAl-based materials can be achieved by creating the composite with the matrix made of an intermetallic phase NiAl reinforced with ceramic (Al 2 O 3 ) particles.This paper is concerned with the mechanical and physical properties (bending strength, fracture toughness, hardness, and Young modulus) and also the microstructure of NiAl/Al 2 O 3 composite. The composite materials were produced by the hot-pressed method using the NiAl/20%Al 2 O 3 (vol.%) powder mixtures. The composite thus produced had a high density of about 99% of the theoretical value and a high bending strength. The bending strength of the NiAl/20vol.%Al 2 O 3 composite was higher by about 80% (635 MPa) than that of the pure NiAl phase (345 MPa). The experiments included also the examination of the effect of the rotational speed of the mill and the duration of the mixing process upon the size and distribution of grains, the microstructure, and phase composition of the composite powder mixtures obtained.Keywords: intermetallics, composite materials, mechanical mixing, hot pressing, mechanical properties Fazy międzymetaliczne typu Ni-Al należą do grupy nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, charakteryzujących się m.in: wysoką temperaturą topnienia, niską gęstością, wysoką odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach (do około 1200• C), wysokim modułem sprężystości-stabilnym ze wzrostem temperatury, wysoką wytrzymałością, wysoką odpornością na ścieranie, wysoką wytrzymałością zmęczeniową, wysoką wytrzymałością na rozciąganie i ściskanie (również w wysokich temperaturach). Związki międzymetaliczne mają jednak wady, są dość kruche w temperaturze pokojowej -co znacznie utrudnia m.in. ich obróbkę mechaniczną i zawęża zakres zastosowań. Jednym ze sposobów wyeliminowania tych wad jest modyfikacja ich składu chemicznego. Poprawę właściwości materiałów na bazie NiAl można osiągnąć m.in. poprzez wytworzenie kompozytu na osnowie NiAl umocnionego cząsteczkami Al 2 O 3 .W artykule zaprezentowano wyniki prac dotyczących opracowania warunków procesu mechanicznego mieszania mieszanin proszków związek międzymetaliczny (NiAl) -ceramika (Al 2 O 3 ), a następnie ich spiekania. Przyjęte parametry mieszania i spiekania pozwoliły otrzymać kompozyt charakteryzujący się odpowiednią gęstością, bliską teoretycznej (99.9%) oraz wysoką wytrzymałością. Wytrzymałość na zginanie kompozytu NiAl/20%obj.Al 2 O 3 była...

The influence of hot pressing conditions on mechanical properties of nickel aluminide/alumina composite

“…Manufacturing processes and properties of intermetallic NiAl composites with ceramic reinforcements have been discussed in several papers, cf. [3][4][5][6][7][8][9][10][11][12] In most of the referred studies, hot pressing process was employed to obtain a full dense composite material. Composite properties depend on various manufacturing features.…”

“…[4] that the phase composition of NiAl/Al 2 O 3 composite has a crucial impact on the toughness enhancement. An influence of mechanical powder mixing on properties of NiAl/Al 2 O 3 composite was studied in Refs [3,6]. The experiments have shown that the physical and mechanical properties such as bulk density, strength and hardness of the composite closely depend on the parameters of both the mixing and sintering processes.…”

Characteristics of the Nial/Ni3al Matrix Composite With Tib2 Particles Fabricated By High Pressure – High Temperature Sintering

“…Another method for hardening a two-phase NiAl/Ni 3 Al matrix consists in the introduction of fine ceramic particles uniformly distributed therein. Beneficial effects of this operation have already been shown for alloys [21] and mono-phase NiAl [18,22,23] as well as Ni 3 Al [24,25] systems.…”

Comparison of experimental and modelling results of thermal properties in Cu-AlN composite materials

“…The mixing process was conducted in a N 2 atmosphere with the rotational speed of 200 rpm and the time of mixing was 4 h. Ball-to-powder ratio (BPR) was approximately 5:1. Presented mixing conditions were selected after the preliminary tests described in papers [16,17]. The morphology of the obtained powder mixtures is presented in Fig.…”