25 września 2022



W porównaniu właściwości wytrzymałościowych włókno M40 w obu przypadkach wykazało najlepszą kompatybilność ze stopem magnezu AM50.
Wyniki ujawniły wysoki stopień umocnienia materiałów. Dla porównania zamieszczone zostały również wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie dla nieumocnionych stopów magnezu (rys. 8).

8
rys. 8

Polepszenie własności mechanicznych nie ograniczyło się jedynie do poprawy wartości wytrzymałości na rozciąganie, ale również wpłynęło na poprawę sztywności materiału. W tabeli 3 zamieszczono zestawienie współczynnika sprężystości wzdłużnej dla wszystkich rodzajów badanych kompozytów.

tab.3
Tab.3 Sztywność testowanych próbek

Bardzo ważnym aspektem w przypadku uzyskanych rezultatów jest wysoka jakość infiltracji metodą GPI, a w celu jej zbadania wykonano tomografię komputerową gotowych produktów (Rys. 9 i 10).

9
rys. 9
10
rys. 10



Wnioski
Zastosowanie włókna węglowego jako wzmocnienia jest jedną z najlepszych metod podniesienia i tak już wysokich własności mechanicznych stopów magnezu. Szczególnie metoda infiltracji gazowej oferuje wiele możliwości w produkcji wysokowytrzymałych elementów z uwagi na prostotę jej przygotowania i realizacji. W dobie coraz wyższych cen surowców energetycznych wiele przedsiębiorstw przemysłowych z rynku samochodowego i lotniczego inwestuje w rozwój innowacyjnych materiałów lekkich. Zastosowanie kompozytów na osnowie magnezu pozwala radykalnie zmniejszyć masę elementów konstrukcji przy zachowaniu tej samej wytrzymałości.
Wyprodukowane metodą GPI materiały charakteryzują się jednorodną strukturą i dobrą jakością powierzchni zewnętrznej, co pozwala na wytworzenie gotowego produktu w jednym kroku technologicznym, ograniczonym jedynie przez kształt formy grafitowej.
Rezultaty analizy wytrzymałościowej wskazują na poprawę własności mechanicznych o około 900% wraz z poprawą 500-600% wartości modułu sprężystości dla obu stopów.
W przyszłości prowadzone będą dalsze prace nad poprawą infiltracji oraz wykorzystaniem innych stopów magnezu, jak również badania nad rozwojem powłok włókien węglowych.
W przypadku wytwarzania elementów kompozytowych w produkcji wielkoseryjnej – odlewanie wysokociśnieniowe stawia wysokie wymagania dotyczące przygotowania i przeprowadzenia procesu. Biorąc pod uwagę wysoką prędkość wtrysku w tym procesie trudność sprawi stabilne umocowanie włókien w formie. Z tego względu bardzo ważnym aspektem prowadzącym do rozpoczęcia nowych badań jest wybór odpowiednio sztywnej struktury z włókna węglowego. Korzystna jest zatem produkcja odpowiednich insertów z włókien węglowych metodą infiltracji gazowej, będących półproduktami dla produktu finalnego. Pozwoli to na redukcję kosztów wytwarzania, gwarantując powtarzalność produkcji oraz niezawodność wykonanych elementów.

Werner Hufenbach, Andrzej Czulak,
Piotr Malczyk, Andreas Gruhl

Autorzy są pracownikami Instytutu Konstrukcji Lekkich i Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych Politechniki Drezdeńskiej, a technologiami wytwarzania kompozytów metalowych zajmują się od kilkunastu lat.

Literatura
[1] W. Hufenbach; A. Langkamp; M. Andrich: Novel fabrication technologies for carbon fibre reinforced magnesium. Kompozyty (Composites) 3 (2003) 7, S. 271-274.
[2] S. Schmidt: Beschichtung von Kohlenstofffasern durch chemische Gasphasenabscheidung CVD (coating of carbon fibres by chemical vapour deposition), (2004), University Erlangen, Germany
[3] Lienkamp,M: Festigkeitsverhalten von langfaser Verbundwerkstoffen (strength characteristics of long fibre reinforced materials), technical university Darmstadt, Germany
[4] Woltersdorf,J.; Pippel,E.; Feldhoff,A.: Steuerung des Bruchverhaltens von C/Mg-Verbunden durch Grenzflächenreaktionen (control of fracture behavior at C/Mg – composites by boundary surface reaction)
[5] Feldhoff A.; Pippel E.; Woltersdorf J.: Carbon-fibre reinforced magnesium alloys: nanostructure and chemistry of interlayers and their effect on mechanical properties, (1999), Max-Plack-Institut for micro structure physics, Halle, Germany
[6] Li,K.; SHI, N.; Gong,J.; Sun,C.: Interfacial Interaction in Coated Carbon Fibre Reinforced Aluminious Mg-based Composites, (2008)

artykuł pochodzi z wydania Listopad 11 (50) 2011