Preparation and investigation of Al and Ti based amorphous and nanocrystalline bulk comopsites  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73451
Type K
Principal investigator Varga, Lajos Károly
Title in Hungarian Al és Ti alapú tömbi amorf és nanoszerkezetű kompozitok előállítása és vizsgálata
Title in English Preparation and investigation of Al and Ti based amorphous and nanocrystalline bulk comopsites
Keywords in Hungarian Gyorshűtés, mechanikai ötvözés, kompaktálás
Keywords in English Rapid solidification, mechanical alloying, compaction
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)60 %
Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology)
Metallurgy (Council of Physical Sciences)30 %
Ortelius classification: Metallurgy engineering
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)10 %
Ortelius classification: Surface chemistry
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Theoretical Solid State Physics Department (Wigner Research Centre for Physics)
Participants Csanády, Andrásné
Fazakas, Éva
Kamasa, Pawel
Pogány, Lajos
Starting date 2008-03-01
Closing date 2012-03-31
Funding (in million HUF) 1.035
FTE (full time equivalent) 7.28
state closed project
Summary in Hungarian
Napjainkban a közlekedést érintő iparágak szerkezeti anyagainak fejlesztésében a szilárdság/súly arány a legfőbb mérlegelési szempont. Célunk tömbi amorf és nanokristályos kompozitként nagy szilárdságú Al és Ti alapú anyagok előállítása. Ehhez technikákként részben gyosrhűtést, részben mechanikai ötvözést alkalmazunk. Mechanikai ötvözéssel (MA - Mechanical Alloying) mindkét fémmátrix esetében, megfelelő ötvöző komponensek megválasztásával az amorf és a nanokristályos szerkezet is kialakítható, nagymértékű szilárd oldódás valósítható meg, nano intermetallikus fázisok állíthatók elő és a Ti esetében különleges fázis-transzformációk valósíthatók meg. Az amorf-nanokristályos kompozitok előállításához a mechanikai ötvözéssel előállított porokat tovább kompozitálhatjuk az ugyancsak metastabil fázisokat előállító, speciális atomizációval készített Al porok és gyorshűtéssel (RS) készített amorf pikkelyek felhasználásával. Az így előállított porok nanokrisztallitjainak méretét megtartó kompaktálással kimagasló szilárdságú, kielégítő szivósságú, esetenként jó hőállóságú tömb anyagok előállítására nyílik lehetőség. Az eddig MA útján még nem előállított Al és Ti tartalmú ötvözetek szerkezeti és termikus tulajdonságainak a vizsgálata különlegesen forró területei a kutatásnak, hasonlóképpen fontos az így létrehozott tulajdonságok összehasonlítása az SPD (severe plastic deformation) eljárással tömörített tömbi minták jellemzőivel. Alapkutatás szempontjaból az üvegképzési hajlam mind az Al mind a Ti alapú ötvözetek esetén nyitott kérdés. Fenti témákban a pályázók intézményi háttere, korábbi pályázati munkáik kapcsán kialakított tapasztalataik, vizsgálati infrastrukturális lehetőségeik és együttműködő partnereik, reális hátteret kínálnak új közhasznú tudományos eredmények létrehozásához.
Summary
The aim of our work is to prepare Al and Ti containing bulk amorphous and nanocrystalline composites with very high strength and adequate ductility. To achieve the results partly rapid solidification (RS) and partly mechanical alloying (MA) will be applied as energizing and quenching methods. By using mechanical alloying in case of both metals aluminium and titanium as matrix elements and by choosing suitable alloying elements it is possible to achieve amorphous and nanocrystalline structures, high level of solid solutions, nanostructured intermetallic phases and in case of titanium interesting phase transformations. By producing amorphous – nanocrystalline composites it is possible to mill further the differently prepared nano powders with RS Al powders and flakes. By compacting the above nanocrystalline structures without increasing the nanocrystallites it is possible to achieve bulk materials with high strength and adequate ductility, in some cases showing excellent heat resisting properties. The planed new alloy compositions have not been prepared by these techniques before therefore they are now in focus of our research activities. Similarly the comparison of the structure and properties of the outgoing materials (powders) and those of the compacted bulk materials by SPD are interesting tasks. The glassforming ability in case of Al and Ti are open questions. The earlier activities, experiences, and infrastructure possibilities of the applicants and their institutes are offering an excellent background to obtain their scientific goals.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A Ti-Al alapú ötvözetek magas hőmérsékleten is nagy szilárdágú és kis sűrűségű szerkezeti anyagok. Az eddig használatos technológiák helyett, mi két új technológiát alkalmaztunk: az olvadékból való gyorshűtést és a mechanikai ötvözést. Sajnálatos módon Al-Ti alapú fémüveget nem sikerült előállítani, mert hiányzik a mély eutektikum a fázisdiagramban. Ezért csak a mechanikai ötvözés maradt és ezzel a módszerrel állítottunk elő egy sor amorf ötvözetet: Al50Ti50, Al50Ti45Ni5, Al50Ti40Ni10, Al55Ti35Cr15 és Al45Ti40Cr15. Ezeket az amorf porokat kompaktáltuk és különböző vizsgálatoknak vetettük alá. Kísérletek vannak folyamatban, hogy az amorf porokat magas hőmérsékletű védőbevonatként alkalmazzuk. Külön – külön, mind Al, mind Ti alapon lehet fémüveg szalagokat előállítani gyorshűtéssel. Mi az Al alapú fémüvegekre koncentráltunk. Az irodalomból ismert volt az általában ternér összetételű (Al85-92RE2-12Ni0-12) fémüveg, ahol a ritkaföldfém az amorfizáló ötvöző elem. Kisérletileg bizonyítottuk, hogy vannak más amorfizáló elemek is melyek a RE elemektől balra (Ca és Sr), jobbra (Nb és Ta) valamint alatta (Urán) helyezkednek el. Egy fontos, elektronszámhoz kötődő szabályt állapítottunk meg, miszerint a maximális szilárdságot e/a = 6,5 értéknél érjük el az egyfázisú amorf ötvözetek esetében. Azt találtuk, hogy Al-Ti alapon csak akkor kapunk nagyentrópiás ötvözetet, ha a 3d elemekből közel 50 at. % -ot adunk hozzá. 3 diplomamunka és egy PhD dolgozat készült el.
Results in English
The Ti-Al alloys offer higher temperature capability along with low density and high stiffness. Instead of the usual technology, we have proposed two different routes based on melt spinning and mechanical alloying. Amorphous phase can not be obtained by rapid quenching from the melt due to the lack of deep eutectic, which prevent the sufficient under-cooling by melt spinning technique. This is why mechanical alloying has been used to prepare a series of Al-Ti based amorphous compositions: Al50Ti50, Al50Ti45Ni5, Al50Ti40Ni10, Al55Ti35Cr15, Al45Ti40Cr15. This amorphous powder have been compacted and investigated. Experiments are continuing to use this powder as wear and high temperature resistant coating material. Separately, both Ti and Al based amorphous ribbons can be obtained by melt spinning supposing that appropriate amorphous forming element are added. We have focused on Al based amorphous alloys extending the compositional area known in the literature and based on RE amorphizing elements (Al85-92RE2-12Ni0-12). We have proved that elements situated in the periodic table at the left (Ca and Sr), at the right (Nb and Ta) and below (U) to the RE elements are also amorphizing elements. An important electronic rule was established: for the one-phase amorphous alloys the maximal strength is achieved around e/a = 6.5. Al-Ti based high entropy alloys could be prepared with addition of more then 50 at% 3d elements. 3 diploma work and 1 PhD dissertations have been prepared.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73451
Decision
Yes





 

List of publications

  
S Michalik, J Bednarcik, P Jóvári, V. Honkimaki, A. Webb, H Franz, E. Fazakas and L. K. Varga: Modelling the atomic structure of Al92U8 metallic glass, J. Phys.: Condens. Matter 22 (2010) 404209, 2010
Éva Fazakas, Ágnes Csanády, Béla Varga, Aurel Crisan, Lajos K. Varga: Aluminium based nanocrystalline alloy coatings by thermal spray processes, Metalurgia International, vol. XV, no.12 (2010) 19-23, 2010
Varga L.K. és Temesi Otto: Eljárás és kompozit-összetétel az Al tartós és tömbi aktiválására a hidrolízis útján történő hidrogén és mikron alatti Al(OH)3 por előállításához, Szabadalom, Ügyiratszám P0900730/15, 2011
Temesi Otto: Aluminium alapú ötvözetek aktiválása folyékony fémmel vízbontás útján történő hidrogén termelés céljából, ELTE TTK Anyagtudományi Tanszék, 2010
Gulyás Gábor: Tömbi amorf és nanokristályos ötvözetek előállítása és vizsgálata, ELTE TTK Anyagtudományi Tanszék, 2010
Stojanova* L, Fazakas É, Varga LK, Yankova* S, Russew* K: Thermal stability and viscosity of rapidly solidified amorphous alloys Al85Ni5Co2RE8 (RE= Gd, Ce, U)(in Bulgarian), Proc. 25th Natl. Conf. On Non-Destructive Testing; Nauchno Izvestiya na HTCM (Bulgaria)ISSN 1310-3946; 27, 179-185 (2010), 2010
Fazakas Éva, Varga Béla, és Varga Lajos Károly: Dilatométerrel és DSC-vel vizsgált amorf –kristályos átalakulások aluminium ötvözetekben, XI. Bányászati, Kohászati és Földtani Konferencia, Máramarossziget, 2009. április 2-5. Kiadvány: Erdélyi Magyar Műsz. Tud. Társ. –EMT, ISSN 1842-9440, (2009),pp 190-194, 2009
Varga B, Fazakas E, Varga LK: Preparation of nanocrystalline Al100-xSix (6 < x < 40) based alloys by rapid solidification methods, Metallurgia International; 13, 41-44 (2008), 2008
B. Varga, E. Fazakas, L.K. Varga: Preparation and structural characterization of rapidly solidified Al-Si, Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series I, 2(51), 223-230 (2009), 2009
Henits* P, Révész* Á, Schafler* E, Szabó* PJ, Lábár* JL, Varga LK, Kovács* Zs: Correlation between microstructural evolution during high-pressure torsion and isothermal heat treatment of amorphous Al85Gd8Ni5Co2 alloy;, J. Mater. Res.; 25, 1388-1397 (2010), 2010
Henits* P, Kovács* Zs, Schafler* E, Lábár* JL, Varga LK, Révész* Á: Nanocrystallization in Al85Ce8Ni5Co2 amorphous alloy obtained by different strain rate during high pressure torsion, J. All. Comp.; 504S, S91-S94 (2010), 2010
É. Fazakas, B. Varga, A. Erős, L. K. Varga: Structure of amorphous and nanocrystalline Al-based alloys obtined by mechanical alloying and high pressure compaction., Metal. Internat. 15, 147-150 (2011), 2011
P. Henits, Á. Révész, L.K. Varga, Zs. Kovács: The evolution of the microstructure in amorphous Al85Ce8Ni5Co2 alloy during heat treatment and severe plastic deformation: A comparative study., Intermetallics 19, 267-275 (2011), 2011
Á. Révész*, P. Szommer*, P.J. Szabó*, L.K. Varga:: Microstructure and morphology of Cu-Zr-Ti coatings produced by thermal spray and treated by surface mechanical attrition, J. All. Comp. 509, Suppl. 1, S482-S485 (2011), 2011
É. Fazakas, A. Erős*, Á. Csanády*, G. Gulyás, P. Kamasa, L. K. Varga: Formation and second recrystallization of Al–Ni–Ti amorphous alloys by mechanical alloying, IOP. Conf. Ser. Mater. Sci. and Eng. 27 (2011) 1-4, 2011
L Stojanova, K Russew, E Fazakas, L K Varga: Thermo-mechanical study of rapidly solidified amorphous alloys Al85Ni5Co2RE8, accepted for publication in JALCOM (2012), 2012
Stojanova* L, Yankova* S, Fazakas É, Varga LK, Russew* K: Thermal stability and mechanical properties of Al-U based amorphous alloys (in Bulgarian);, In: Proc. 24th Natl. Conf. on Non-Destructive Testing (Sozopol, Bulgaria, 2009). Nauchno-tekhnicheski Soyuz po Mashinostroeniya (Bulgaria); 16(1), pp. 260-266 (2009), 2009
Stojanova* L, Yankova* S, Fazakas É, Varga LK, Russew* K: Thermal behaviour Al100-xYx amorphous alloys (in Bulgarian);, In: Proc. 24th Natl. Conf. on Non-Destructive Testing (Sozopol, Bulgaria, 2009). Nauchno-tekhnicheski Soyuz po Mashinostroeniya (Bulgaria); 16(1), pp. 267-272 (2009), 2009
Tatár Ágoston: Al-alapú tömbi amorf és nanokristályos ötvözetek előállítása és vizsgálata, Diplomamunka 2009 ELTE - TTK alkalmazott fizikus szak, 2009
B Varga, E Fazakas, H Hargitai and L K Varga: Dilatometer study of rapidly solidified aluminium-silicon based alloys, Journal of Physics: Conference Series 144 (2009) 012105, 2009
Csanády Á, Kálmán E, Konczos G. (Eds.): Introduction into the world of nanostructured materials, in Hungarian, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 2009, pp. 1-313., 2009
E Fazakas, K Russew, L Stojanova, A Csanady and L.K.Varga: Al85Ni9Ta6, a refractory Al-rich ternary alloy glass and its crystallization kinetics, Journal of Physics: Conference Series 144 (2009) 012100, 2009
Fazakas Éva: Novel amorphous and nanostructured Al based alloys, PhD thesis, ELTE, 2011
L. K. Varga: An electronic rule determining the maximal strength of one-phase anorphous alloys, under preparation for JALCOM, 2012
P Henits, Zs Kovács, L K Varga and Á Révész: Nanocrystallization in Al85Ce8Ni5Co2 amorphous alloy induced by heat treatment and severe plastic deformation, Journal of Physics: Conference Series 144 (2009) 012095, 2009
E. Fazakas and L.K. Varga: Al-U baased amorphous alloys obtained by melt spinning method, Rev.Adv.Mater.Sci. 18(2008) 494-496, 2008
E. Fazakas, S. N. Kane, K. Lazar, L. K. Varga: Mössbauer study of rapidly solidified Al-Fe based amorphous alloys, Hyperfine Interact. (2009) 189:119–123, 2009
E. Fazakas, B. Varga, L.K. Varga: Study of amorphous-crystalline phase transformations by dilatometer in the case of Al88Y7Fe5 and Al88Y7Fe4Sb1 amorphous alloys, Metalurgia 61, 10 (2009) pp. 5-7, 2009
B. Varga, E. Fazakas, and L.K. Varga: Dilatometer Study of Aluminium-Silicon Based Alloys with Metastabile Structures of Al88Y7Fe5 and Al88Y7Fe4Sb1 amorphous alloys, Materials Science Forum 649 (2010) pp 529-532, 2010
E. Fazakas, B. Varga, L. K. Varga: Bulk amorphous and nanocrystalline aluminium based alloys obtained by hot pressure consolidation, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials - Symposia, Vol. 1, No. 6, 2009, p. 983 – 985, 2009




 

Events of the project

  
2013-01-22 13:44:54
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: SZFI - Fémkutatási Osztály (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont), Új kutatóhely: SZFI - Elméleti Szilárdtest-fizikai Osztály (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont).
2012-11-09 08:56:35
Résztvevők változása



Back »