Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Effect of manufacturing process on the properties of carbon fiber-aluminium composites

Bartłomiej Przybyszewski

Abstract

In this work the effect of manufacturing process on the properties of carbon fiber/aluminium composites, produced by high pressure die casting and gas pressure infilitration, is presented. It was also investigated how these properties are affected by a nickel-phosphorous coating fabricated on the carbon fiber surface by electroless metallization. The composites were made in the form of 3D fabric from high tensile strength (HTS) fibers from the Toho Tenax company and the 226D aluminium-silicon alloy (AlSi9Cu3). The accuracy of the samples was assessed by computed axial tomography (CT) scan, whereas their microstructure was observed by scanning electron microscopy (SEM). Selected mechanical properties of the obtained materials were examined, including tensile and bending strengths, as well as hardness, which helped evaluate the effectiveness of carbon fiber as a reinforcement. Furthermore, the studies allowed an evaluation of the effectiveness of the nickel-phosphorous coating as an intermediate layer. The results of the studies proved the purposefulness of research on carbon fiber/aluminium composites. Several problems occurring in their production have been revealed, such as the low wettability of fibers by the liquid alloy, high reactivity of the components and differences in their thermal expansion. The CT scans have demonstrated that while the carbon fabrics were fully infiltrated by the aluminium alloy, pores and non-infiltrated spaces between fibers occurred in the composite structure. Based on the resistance measurement results, the bonding between the components was found to be imperfect. The use of nickel-coating fibers partly eliminates the problems associated with the production and improve resistance of the composites. This is evidenced from better resistance results for composites with nickel-coated fibers compared to composites with non-coated fibers.
Record ID
WUT1aaae09bb75b43b4b3d1625855f58de4
Diploma type
Master of Science
Author
Bartłomiej Przybyszewski (FMSE/DSMP) Bartłomiej Przybyszewski,, Division of Ceramic Materials and Polymers (FMSE/DSMP)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Title in Polish
Wpływ technologii wytwarzania na właściwości kompozytów aluminium-włókno weglowe
Supervisor
Anna Boczkowska (FMSE/DSMP) Anna Boczkowska,, Division of Ceramic Materials and Polymers (FMSE/DSMP)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Certifying unit
Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Affiliation unit
Division of Ceramic Materials and Polymers (FMSE/DSMP)
Study subject / specialization
, Nowoczesne Materiały Konstrukcyjne
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
10-07-2012
Issue date (year)
2012
Internal identifier
IM-001613
Reviewers
Marcin Leonowicz (FMSE/DCFM) Marcin Leonowicz,, Division of Construction and Functional Materials (FMSE/DCFM)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE) Dariusz Oleszak (FMSE/DCFM) Dariusz Oleszak,, Division of Construction and Functional Materials (FMSE/DCFM)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Keywords in Polish
KOMPOZYTY O OSNOWIE METALICZNEJ
Abstract in Polish
W niniejszej pracy podjęto zagadnienia wpływu technologii wytwarzania na właściwości mechaniczne kompozytów aluminium-włókno węglowe, otrzymywanych poprzez odlewanie pod wysokim ciśnieniem (HPDC) oraz infiltrację gazową (GPI). Ocenie poddano również wpływ powłoki niklowo-fosforowej, osadzanej metodą bezprądową na włóknach węglowych, na właściwości kompozytów. Kompozyty wykonano z włókien o podwyższonej wytrzymałości (HTS) firmy Toho Tenax, w postaci trójwymiarowej tkaniny, oraz stopu aluminium z krzemem i miedzią 226D (AlSi9Cu3). Ocenę poprawności wykonanych próbek badano przy użyciu tomografii komputerowej, mikrostrukturę badanych materiałów obserwowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Wykonano badania wybranych właściwości mechanicznych: wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na zginanie oraz twardości, co pozwoliło ocenid skutecznośd zastosowania włókna węglowego jako wzmocnienia. Ponadto badania te pozwoliły określid skutecznośd powłoki niklowo-fosforowej jako warstwy pośredniej. Otrzymane wyniki udowodniły celowośd prowadzenia badao nad kompozytami aluminium-włókno węglowe. Uwidocznione zostały problemy występujące podczas wytwarzania tego typu materiałów, takie jak: niska zwilżalnośd włókien przez ciekły stop, wysoka reaktywnośd komponentów czy różnice w rozszerzalności cieplnej składników. Badania tomograficzne wykazały, że tkaniny węglowe zostały przeinfiltrowane stopem aluminium, jednakże w strukturze kompozytu można zauważyd występowanie pęknięd na granicy włókno-osnowa, porów oraz miejsc nieprzeinfiltrowanych pomiędzy włóknami. Na podstawie wyników badao właściwości wytrzymałościowych stwierdzono, że połączenie między składnikami kompozytu nie jest idealne. Zastosowanie włókien pokrytych powłoką niklowo-fosforową powoduje częściowe wyeliminowanie problemów powstających podczas wytwarzania materiału. Świadczy o tym mniejsza ilośd defektów występujących w strukturze oraz wyższe wyniki badao wytrzymałościowych, jakie uzyskały kompozyty z włóknami pokrytymi powłoką w porównaniu do kompozytów z włóknami niepokrytymi.
File
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT1aaae09bb75b43b4b3d1625855f58de4/
URN
urn:pw-repo:WUT1aaae09bb75b43b4b3d1625855f58de4

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page