Contributii la Cercetarea Structurii Si Proprietatilor Materialelor Compozite cu Matrice Metalica

CAPITOLUL 4. CERCETARI EXPERIMENTALE DE OBȚINERE IN SITU A MATERIALELOR COMPOZITE Al/TiB2(p)

4.1. Elaborarea modelului experimental de obținere in situ a compozitelor în sistemul săruri reactive – matrice metalică lichidă

Scopul principal al cercetarilor efectuate in cadrul tezei de doctorat a fost acela de a dezvolta o noua metoda de sinteză in situ a compozitelor cu matrice de aluminiu armate cu particule de boruri, destinate fabricării unor piese și componente folosite in industria aeronautica..

Baza procedeului a constituit-o un nou proces in-situ, în care particulele de TiB2 se formează prin reacție chimică în topitura metalică pe bază de aluminiu astfel încât se realizează automat umectarea particulelor, o interfață curată și formarea unor particule foarte fine.

Aliajele folosite in experimentr sunt aliaje deformabile din seria 7xxx și anume aliajele 7050 si 7075.

In cadrul procedeului propus sau utilizat ca materii prime doua tipuri de aliaje de aluminiu , criolita sub forma de catalizator si saruri de tipul:

hexafluorotitanat de potasiu (K2TiF6) care este furnizor de titan;

tetrafluoroborat de potasiu (KBF4) care este furnizor de bor.

Modelul experimental de obținere in situ a compozitelor în sistemul săruri reactive – matrice metalică lichidă este prezentat în figura 4.1.

Figura 4.1. Modelul experimental de obținere in-situ a materialelor compozite prin reacția dintre matricea metalică cu bază de Al și amestecul de săruri cu conținut de Ti și B (K2TiF6 și KBF4)

Tabelul 4.1. Planul experimental propriu pentru obținerea compozitelor in situ

4.2. BAZELE TERMODINAMICE ALE PROCESULUI

În sistemul K2TiF6 – KBF4 – Na3AlF6 pot avea loc următoarele reacții (conform unor lucrări din literatura de specialitate):

K2TiF6 + 2 KBF4 = TiB2 + 4 KF + 5 F2 4.1

2 K2TiF6 + 2 KBF4 + 5 Al = Al3Ti + TiB2 + 6 KF + 2 AlF3 + 4 F2 4.2

2 Na3AlF6 + Al2O3 = 3 Na2O + 4 Al + 6 F2 4.3

Rezultatele calculelor termodinamice pentru reacțiile de formare a compușilor în sistemul Al-Ti-B sunt date în tabelul 4.1

Tabelul 4.2. Valorile ΔG de formare a compușilor în sistemul Al-Ti-B

Din tabelul 4.1 rezultă că valoarea ΔG pentru formarea TiB2 este cea mai negativă (mai mare în valoare absolută) astfel încât la 950oC, TiB2 este cel mai stabil și deci se pot obține compozite Al/TiB2 prin reacția sărurilor cu topitura de aliaj de aluminiu.

Conform studiilor prin microscopie electronică TEM, în afară de TiB2, compozitele mai pot conține compus Al3Ti.

În momentul inițial al reacției in-situ, în topitură se pot forma compuși TiB2, Al3Ti și AlB2 datorită entalpiilor libere negative de formare. Dar, compusul Al3Ti nu este stabil termodinamic, iar compusul AlB2 tinde să se descompună mai ales datorită reacției cu Al3Ti.

Pentru a se forma compozitul care să conțină numai particule de TiB2, în urma reacției dintre amestecul de săruri și aluminiu, reacția totală a procedeului este de forma forma:

3 K2TiF6 + 6 KBF4 + 10 Al = 4 K3AlF6 + 6 AlF3 + 3 TiB2 4.4

Calculul termodinamic efectuat de autori cu ajutorul programului HSC Chemistry 6.0 duce la concluzia că valorile ΔG pentru reacția (4.4) sunt puternic negative, crescând în valoare absolută pe măsura creșterii temperaturii de la 800oC la 950oC (tabelul 4.3).

Tabelul 4.3. Rezultatul calculului termodinamic al reacției (4.4) cu ajutorul programului HSC Chemistry 6.0

Figura 4.2. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.3. Entopia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.4. Entopia de formare a speciilor reactante

Figura 4.5. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.6. la formarea speciilor reactante

Figura 4.7. la formarea speciilor reactante

Figura 4.8. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

Pentru stabilirea temperaturilor de lucru la sinteza compozitelor Al/TiB2 din amestec de săruri (K2TiF6 + KBF4) și aliaje de aluminiu este necesar să se stabilească prin analiză termodiferențială, începutul și sfârșitul reacției. Evoluția temperaturii în timp, la adaosul de KBF4, K2TiF6 respectiv a amestecului (KBF4 + K2TiF6) în aluminiu lichid este prezentată în Fig.4.9.

Figura 4.9. Curbele tipice temperatură-timp pentru reacțiile dintre (a) – KBF4 și Al,

(b) – K2TiF6 și Al și (c) – KBF4 + K2TiF6 și Al.

Căldura degajată la reacția KBF4 cui Al (Fig.4.2.a) nu poate compensa energia necesară pentru încălzirea de la temperatura normală, rezultând o scădere inițială a temperaturii. Temperatura crește din nou la degajarea căldurii de reacție.

Căldura degajată de reacția dintre K2TiF6 și Al conduce la o creștere rapidă a temperaturii. La fel se întâmplă și în cazul reacției dintre Al și amestecul de săruri (K2TiF6 + KBF4). Evoluția temperaturii în acest procedeu este rezultatul însumării algebrice a diferitelor procese care au loc (reacția la limita dintre săruri și metalul lichid, reacțiile în stratul de săruri și reacțiile de formare a gazelor).

4.3. TERMODINAMICA PROCESELOR DE INTERACTIUNE DINTRE TOPITURA DE ALUMINIU SI SARURI

În procedeul propus în lucrare, particulele de TiB2 se formează prin reducerea aluminotermică a hexafluorotitanatului (K2TiF6) și a tetrafluoroboratului (KBF4) cu aluminiul lichid:

3 K2TiF6 + 6 KBF4 + 10 Al = 3 TiB2 + 12 KF + 10 AlF3 4.5

Datele termodinamice ale reacției 4.5 calculate cu programul HSC Chemistry 6 sunt prezentate în tabelul 4.4 din care rezultă că în intervalul de lucru (750 – 950oC), ΔG are o valoare pronunțat negativă, reacția având o probabilitate foarte mare de desfășurare.

Tabelul 4.4. Rezultatul calculului termodinamic al reacției 4.5

Figura 4.10. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.11. Entalpia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.12. Entropia de formare a speciilor reactante

Figura 4.13. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.14. la formarea speciilor reactante

Figura 4.15. la formarea speciilor reactante

Figura 4.16. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

Reducerea aluminotermică a sărurilor poate avea loc conform reacțiilor 4.6 și 4.7:

3 K2TiF6 + 13 Al = 3 Al3Ti + 6 KF + 4 AlF3 4.6

6 KBF4 + 9 Al = 3 AlB2 + 6 KF + 6 AlF3 4.7

Din reacțiile 4.6 și 4.7 rezultă formarea compușilor Al3Ti și AlB2.

Datele termodinamice calculate (tabelul 4.5 și tabelul 4.6) indică, în intervalul de temperaturi 750 – 950oC, posibilitatea clară a desfășurării celor două reacții, cu negativ.

Tabelul 4.5. Datele termodinamice calculate pentru reacția 4.6

Figura 4.17. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.18. Entalpia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.19. Entropia de formare a speciilor reactante

Figura 4.20. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.21. la formarea speciilor reactante

Figura 4.22. la formarea speciilor reactante

Figura 4.23. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

Tabelul 4.6. Datele termodinamice calculate pentru reacția 4.7

Figura 4.24. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.25.. Entalpia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.26. Entropia de formare a speciilor reactante

Figura 2.27. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.28. la formarea speciilor reactante

Figura 4.29. la formarea speciilor reactante

Figura 4.30. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

La temperatura de lucru, în condițiile degajării căldurii reacțiilor exoterme, particulele de Al3Ti și AlB2, rezultate din reacțiile 4.6 și 4.7 pot reacționa rapid, ducând la formarea in-situ a compusului de ranforsare TiB2:

3 AlB2 + 3 Al3Ti = 3 TiB2 + 12 Al 4.8

Reacția 4.8 are un negativ în intervalul 750 – 950oC, conform datelor calculate tabelul 4.7.

Tabelul 4.7. Datele termodinamice calculate pentru reacția 4.8

Figura 4.31. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.32. Entalpia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.33 Entropia de formare a speciilor reactante

Figura 4.34. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.35. la formarea speciilor reactante

Figura 4.36. la formarea speciilor reactante

Figura 4.37. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

Compușii care se formează în sistemul Al-Ti-B (TiAl3, AlB2, TiB2, AlB12) sunt prezentați în diagrama ternară figura 4.38.

Figura 4.38. Proiecția unei părți din suprafața solidus a sistemului Al-Ti-B

Practic, compusul TiB2 este mai stabil din punct de vedere termodinamic decât compusul TiAl3 la temperatura de reacție aluminotermică, având un negative (figura 4.39).

Figura 4.39. Diagrama Ellingham = f(T), la formarea compușilor

TiAl3, AlB2, TiB2 și AlB12

La temperaturi mari și la durate mari de menținere, compușii Al3Ti și AlB12 pot de asemenea reacționa, în prezența Al lichid cu formarea de TiB2 și AlB2:

AlB12 + Al3Ti + Al = TiB2 + 5 AlB2 4.9

Conform datelor termodinamice calculate in tabelul 4.8 rezultă că reacția 4.9 este foarte posibilă având entalpia liberă negativă, mare în valoare absolută.

Tabelul 4.8. Datele termodinamice calculate pentru reacția 4.9

Figura 4.40. Capacitatea calorică Cp=f(T), pentru speciile reactante

Figura 4.41. Entalpia latentă de formare a speciilor reactante

Figura 4.42 Entropia de formare a speciilor reactante

Figura 4.43. G0=f(T) la formarea speciilor reactante

Figura 4.44. la formarea speciilor reactante

Figura 4.45. la formarea speciilor reactante

Figura 4.46. Diagrama Ellingham la formarea speciilor reactante

Această ultimă reacție mărește numărul de particule de ranforsare (TiB2) și conduce la dispersia fazei de borură de titan în matricea de aluminiu.

4.4 Utilajele Și aparatura de laborator

folosite in cercetarea experimentalĂ

4.4.1. Utilaje de topire Și turnare

Cuptorul de topire pentru aliaje de aluminiu compus din: cuptorul propriu-zis si instalație electrică de comandă.

Elaborarea compozitului se realizează într-un cuptor electric cu creuzet de grafit cu rezistență de Kanthal, prevăzut cu dispozitive de control și reglare a temperaturii (termocuplu chromel – alumel și regulator de temperatură cu o abatere de 5oC). Compozitul obținut este turnat în forme metalice preîncălzite și apoi răcit și scos din forme.

4.4.2. Aparatura de caracterizare microstructurală și de compoziție a compozitelor in situ

1. Aparatura de pregătire metalografică a probelor

Debitarea probelor

Debitarea probelor se realizează cu mașina de debitat Delta AbrasiMet (figura 4.47) care este o mașină de debitat robustă și de sine stătătoare, pentru probe cu diametrul de până la 65 mm. Probele metalice se debitează cu ajutorul discurilor tăietoare din carbură de siliciu (pentru aluminiu și aliajele sale se utilizează discuri diamantate), cu diametrul maxim de 254 mm (diametrul exterior). Mașina este alimentată la 380 V, curent trifazic 50 Hz. Pentru răcirea probelor în timpul tăierii, se utilizează un sistem de recirculare a lichidului de răcire. Lichidul de răcire constă din 30 litri apă distilată la care se adaugă 1 litru de lichid anticoroziv.Mașina este prevăzută cu un sistem de prindere rapidă, montat pe un banc prevăzut cu caneluri în T, dând posibilitatea modificării poziției de prindere în funcție de forma și dimensiunile probei.

Lichidul de răcire este alimentat prin două ștuțuri flexibile în spațiul de lucru închis, în timpul operației de tăiere. Ștuțurile sunt poziționate în așa fel încât lichidul de răcire să fie dirijat pe discul de tăiere, chiar deasupra tăieturii. Rotirea discului antrenează lichidul în tăietură. Volumul de lichid poate fi reglat cu ajutorul unei valve situate pe partea din față a mașinii. Rezervorul cu trei compartimente se poate scoate pentru curățire.

Figura 4.47. Mașina de debitat Delta AbrasiMet

Cu ajutorul unei manete discul de tăiere este apropiat de proba care va fi tăiată. Viteza de avans este reglabilă. Deplasarea discului de tăiere nu necesită forță și asigură o presiune constantă a probei pe discul de tăiere.

Înglobarea probelor

Înglobarea probelor. Probele metalice se înglobează la cald în rășină (fenolică, transparentă, acrilică) în vederea șlefuirii. Înglobarea se realizează cu mașina SIMPLIMET 1000 (figura 4.48). Aceasta este o presă automată de înglobat, robustă și de sine stătătoare, pentru probe cu diametrul maxim de 30 mm.

(a) (b)

Figura 4.8 . Mașina de înglobare SIMPLIMET 1000 (a)

și imagine cu probe înglobate(b)

Presa este compusă dintr-o carcasă robustă, cu un sistem hidraulic de creștere a presiunii, un sistem de încălzire a cilindrului port-probă până la 180oC și un sistem de răcire cu apă, după înglobarea probei.

Timpul de încălzire, timpul de răcire, presiunea, temperatura și sistemul de ridicare și coborâre a cilindrului port-probă sunt controlate de un microprocesor, pentru dimensiunea de probă preselectată. Cilindrul port-probă este destinat pentru înglobarea probelor cu diametrul de până la 30 mm. Se pot îngloba fie două probe, fie una singură. Este prevăzut cu un capac tip baionetă care asigură închiderea etanșă.Pentru înglobarea probelor de aluminiu și aliaje de aluminiu se folosește rășină fenolică sau rășină transparentă. Stabilirea timpilor de lucru, presiunea și temperatura, în funcție de rășina folosită se face conform datelor din următorul tabel:

Tabelul 4.9. Paramentrii de lucru utilizați în funcție de rășina folosită

Șlefuirea/Finisarea probelor

Probele metalice sunt supuse șlefuirii și lustruirii.

Beta/1 single (figura 4.49) este o mașină automată de șlefuire și lustruire cu 4 posturi de lucru, care oferă ușurință în utilizare, combinată cu o adaptabilitate mare. Mașina este alimentată la 380 V, curent trifazic, cu frecvența de 50–60 Hz, dezvoltând o putere de 1,2 kW. Viteza platanului de lucru este reglabilă, iar viteza suportului de probe cu plasare centrală și individuală de 150 rot/min.Beta/1 single oferă atât aplicarea centrală a forței de presare, cât și individuală, pe fiecare probă. Sistemul electronic de control, sub supravegherea operatorului, asigură combinația ideală între ușurința operării și nivelul ridicat tehnologic.Mașina este prevăzută cu două platane de lucru cu prindere magnetică, cu diametrul de 300 mm fiecare, plasate pe un disc purtător. Capul vector al mașinii este prevăzut cu un dispozitiv cu zece poziții. Pentru fiecare tip de aliaj se selectează parametrii necesari.

După finisare probele se atacă chimic.

Figura 4.49. Mașina automată de șlefuire și lustruire Beta/1 single

2. Aparatura pentru analiză prin microscopie optică

Analiza cantitativă a microstructurii a fost realizată cu ajutorul unui sistem compus din: microscop metalografic BX60M – Olympus, cameră video KP-M1 Buehler Ornnimet Express cu un program cu versiunea 4.0.

Microscopul metalografic BX60M-Olympus este un microscop optic cu transmisie directă, asigurând o imagine mai bună decât cele inversate, deoarece drumul optic este mai scurt. Măririle realizate sunt cuprinse între 50–1000X. Vizualizarea se poate face în câmp luminos (BF), câmp întunecat (DF) și în lumină polarizată simplă reflectată. Videocamera KP-M1 este o cameră CCD compactă, ușoară, alb-negru, de tip integrat, care utilizează ultimul tip 2/3-inci dimensiune de imagini CCD, cu 410000 (490000 pentru CCIR) pixeli, în combinație cu un montaj de densitate ridicat.

Figura 4.50. Microscopul metalografic BX60M-Olympus dotat

cu videocameră KP-M1

Programul de analiză Omnimet Express – versiunea 4.0. include o bază de date puternică și un generator de rapoarte care permite stocarea imaginilor și a datelor asociate acestora, cu capacitatea de a trimite aceste date în Microsoft Word pentru generarea unui raport (figura 4.50).

Figura 4.51. Achiziția de imagini și întocmirea raportului

Baza de date este organizată într-o structură logică cu imagini ale probelor stocate într-un folder al probelor și cu probe stocate într-un folder de proiect.

În fiecare folder există un număr de câmpuri pentru utilizator, destinate introducerii informațiilor suplimentare despre imagine.

Realizarea unei analize cantitative se face aplicând rutina adecvată. Fiecare rutină include în general cel puțin o comandă de la unul din următoarele grupuri: achiziție, scala de griuri, pragul de culoare, pragul scalei de griuri, binar și măsurare.Programul Omnimet Express este furnizat cu rutine preconfigurate pentru fiecare analiză cantitativă dorită (exemplu determinarea mărimii de grăunte, etc.) (figura 4.51).Imaginea este preluată din microscop cu ajutorul videocamerei, apoi este transmisă în calculator unde este prelucrată prin rutine adecvate.

Înainte de prelucrarea imaginilor preluate din microscop probele necesită o pregătire, specifică fiecărui aliaj, în funcție de determinarea urmărită.

Figura 4.52. Folosirea de rutine preconfigurate pentru determinări specifice

3. Aparatura pentru analiză prin microscopie electronică

Analiza microstructurală elementală a probelor s-a efectuat pe un microscop electronic tip XL-30-ESEM TMP prevăzut cu spectrometru EDS (figura 4.53).

În microscopia electronică, analiza pe microarii se poate aborda prin spectroscopie de raze X cu WDS (spectrometrie cu dispersie după lungimi de undă) sau EDS (spectrometrie cu dispersie după energie) pe microscoapele electronice analitice (AEM) și prin spectroscopie de electroni cu EELS (spectrometrie bazată pe măsurarea pierderii de energie a electronilor) sau cu spectrometre pentru electroni Auger. Obținerea spectrului cu WDS se face prin „baleierea“ cu cristalul analizor pentru îndeplinirea condiției Bragg la toate elementele detectabile (Z5). Cristalul analizor se alege în funcție de domeniul de lungimi de undă explorat.

Figura 4.53. Microscopul electronic tip XL-30-ESEM TMP

prevăzut cu spectrometru EDS folosit în experiment

Microscopul este dotat cu un dispozitiv de tip EDAX, cu ajutorul caruia se pot obține analize compoziționale, calitative și cantitative, precum și distribuția elementelor din compoziția probei analizate pe întreaga suprafață a acesteia. Aparatele moderne sunt dotate cu calculatoare care permit poziționarea automată, prin program, a cristalului analizor pentru a detecta „peak“-ul fiecărei linii caracteristice și fondul de radiație în stânga și respectiv dreapta poziției de peak. Pentru obținerea de rezultate corecte este necesară o optimizare a tensiunii de accelerare pentru fasciculul de electroni incidenți (15 kV pentru probe de oxizi, incluziuni nemetalice, elemente ușoare în general și 25 kV pentru metale) și a tensiunii de polarizare a detectorului de radiații X. După identificarea elementelor prezente în proba cu programul de analiză calitativă se poate afla distribuția într-un câmp din proba fiecărui element analizat. Aceasta se obține prin imagini de radiații X realizate fixând spectrometrul pentru pozițiile lungimilor de undă caracteristice fiecărui element prezent în spectrul analizei calitative. De asemenea, microsonda electronică poate evalua distribuția unui anumit element de-a lungul unei direcții (linie scan mode) .

4. Aparatura pentru analiză prin difractie cu raze X

Difractometrul folosit pentru analiza probelor este de tipul X’Pert PRO MPD, PANanalytical, având următoarele caracteristici:

– Sursa de raze X: tub de raze X cu anod de Cu; focalizare liniară și punctiformă;

– Goniometru: vertical theta-theta;

– Detector:proportional, cu un canal;

– Stage-uri probe: pentru lucru în reflexie și transmisie;

-Sistem microprocesor pentru controlul masurătorilor și a componentelor electrice;

– Generator de înalta tensiune;

– Tub ceramic în care se află tubul de raze X (Cu alpha);

– Module PREFIX.

Prezintă următoarele aplicații:

– Analiza de fază a probelor cu suprafețe neregulate, filme subtiri sau probe în capilare de sticlă;

– Analize de fază cantitative;

– Analize de cristalografie și Ritveld;

– Analiza tensiunilor reziduale;

– Analiza texturală a tuturor tipurilor de materiale cu orientare ordonată a cristalelor;

5. Aparatura pentru determinarea proprietăților fizico – mecanice

Cu ajutor echipamentelor prezentate mai jos, au fost realizat determinari ptrivind cracteristicile materialelor, respectiv determinari de microduritate si au fost realizate curbele tensiune-deformatie pentru priobele analizate.

(b) (a)
Figura 4.54. Mașina de încercări mecanice (a) și

programul de interpretare a rezultatelor (b)

(a) (b)

Figura 4.55. Durimetru NAMIKON (a) și microdurimetru Model M–400–G (b)

4.5 materii prime si materiale folosite in cercetarea experimentala

Aliaje de aluminiu seria 7xxx

Compozițiile chimice standardizate și nominale ale aliajelor de aluminiu folosite în experimentări sunt prezentate în tabelul 4.10.

Tabelul 4.10. Compoziția chimică standardizată și nominală a aliajelor din seria7xxx, % greutate

Săruri:

Hexafluorotitanat de potasiu K2TiF6

Tetrafluoroborat de potasiu KBF4

Tetrafluoroboratul de potasiu este o sare albă cristalină sub formă de granule și pulbere. KBF4 este utilizat ca un flux de curățare pentru metale neferoase cum ar fi de aluminiu și magneziu.

Poate fi, de asemenea, folosit ca ingredient în sudură, lipire, și a fluxurilor de lipit și ca un liant/ umplere în produse abrasive. KBF4 este un ingredient cheie în sărurile granulate pentru rafinarea aluminiului, și poate fi folosit separat sau combinat cu hexafluorotitanat de potasiu (K2TiF6) pentru a forma un flux de structuri granulate de rafinare.

KBF4 este folosit deasemenea ca și flux de curățare pentru metalele neferoase ca aluminiu și magneziu. În starea topită la suprafața metalului lichid va absorbi oxizii și alte sfaramaturi de suprafața. Odată absorbit oxidul poate fi scos din cuptor prin îndepărtarea pojghiței de la suprafață. Poate fi combinat și cu alte săruri pentru a forma fluxuri. Conținutul de fluor din KBF4 mărește fluiditatea oricărui flux de lichid. În plus, e folosită o barieră atmosferică asupra magneziului topit furnizând o căptușeală inertă, împiedicând oxidarea rapidă a magneziului topit.

KBF4 mai poate fi folosit și ca ingredient în fluxuri de sudură și lipire sau ca un liant în produsele abrazive. în tabelul 4.11 este prezentată compoziția chimică. a KBF4

Tabelul 4.11. Compoziția chimică a KBF4

Criolită Na3AlF6

Compoziția chimică a criolitei este prezentate în tabelul 4.12 .

Tabelul 4.12. Compoziția chimică a criolitei

Reactivi de atac chimic

Probele obținute au fost atacate cu acid fluorhidric, HF, pentru o mai bună claritate a suprafetei. Reactivii de atac chimic folosiți pentru aluminiu, magneziu și aliajelor lor sunt prezentați în tabelul 4.13.

Tabelul 4.13. Reactivi de atac chimic pentru aluminiu, magneziu si aliajelor lor

4.5. Metodologia de experimentare

O primă etapă constă în pregătirea primară (verificarea calitativă a materiilor prime și materialelor auxiliare și aducerea lor la dimensiuni și greutăți optime utilizării în procesul de elaborare a aliajelor) si o pregătire pentru șarjare (preîncălzirea materialelor metalice (metale, prealiaje) pe marginea cuptorului, iar a fluxurilor prin uscare în etuvă la 250-300°C timp de 1 – 2 h și sfărâmare imediat înainte de utilizare.) a materiilor prime și a materialelor Prepararea amestecului de săruri constă în amestecare și preîncălzire la 250 – 300oC timp de 1 – 2 h, pentru eliminarea umidității. Adaosul de săruri în aluminiul lichid se realizează la un raport atomic Ti : 2B, la temperatura de 800 – 950oC și o durată de 30 – 60 minute. In cadrul experimentului sarurile sunt omogenizate si uscate

Adaosul de criolită (Na3AlF6) are două roluri : rol de activator al reacției metalotermice, micșorând energia de activare și accelerând reacția si rol de rafinare, eliminând oxidul de aluminiu (Al2O3) care se formează în timpul procesuluui în dross-uri.Metalele, prealiajele se dozează prin cântărire pe o balanță tehnică de 1 kg (0,1g) sau balanța electronică în funcție de cantitatea acestora.

Dupa ce se realizeaza pregatirea materialelor urmeaza etapele de debitare, sortare, curățare, dozare, preîncălzire. De asemenea pentru săruri se aplică omogenizarea și uscarea. Astfel materiile prime sunt pregatite pentru elaborarea materialului compozit Al/TiB2.

Aliajul de aluminiu, se curăță și se topește apoi într-un cuptor cu rezistențe electrice. După topirea integrală a aliajului deformabil topitura se curăța de impurități și apoi se supraîncălzește până la 750 – 950oC.După topirea aliajului se adaugă criolita pentru a nu se forma oxizi de aluminiu și pentru reducerea pierderilor prin oxidare. Apoi se adaugă amestecul de săruri preîncălzite la 200oC.

Sărurile KBF4 și K2TiF6 se amestecă și se preîncălzesc la 250 – 300oC timp de 1 – 2 h pentru eliminarea umidității apoi sunt adaugate treptat în topitură prin agitare continuuă. După finalizarea introducerii în topitură se continuă agitarea cu aceeași viteză. Urmează o etapă de menținere la 850oC timp de 25 min pentru finalizarea reacției.

Compozitul astfel obținut este turnat în forme metalice preîncălzite și apoi răcit și scos din forme.

Cantitățile folosite au fost calculate utilizând reacția generală ce are loc între topitura de aluminiu și sărurile KBF4 și K2TiF6.

Scopul adăugării acestor două săruri simultan este reducerea formării cantității de compus TiAl3 și favorizarea formării particulelor de TiB2.

Parametrii procesului tehnologic sunt prezentați în Tabelul 4.15.

Tabelul 4.14. Parametrii tehnologici ai procedeului in- situ