Advanced aluminium alloys prepared by powder metallurgy and spark plasma sintering

Abstract

Mechanické vlastnosti hliníkových slitin velice závisí na jejich fázovém složení a mikrostruktuře. Vysoká pevnost může být dosažena mimo jiné zavedením vysoké objemové frakce jemných, homogenně rozptýlených částic druhé fáze a zjemněním velikosti zrna. Prášková metalurgie umožňuje přípravu materiálů s jemnými zrny a se zvýšenou rozpustností legujících prvků v pevném stavu, což je příznivým prekurzorem pro další zvýšení pevnosti pomocí částic druhé fáze. Plynová atomizace byla použita pro přípravu prášků komerční slitiny Al7075 a její modifikace obsahující 1 wt% Zr. Část atomizovaných prášků byla mechanicky mletá za různých podmínek. Mechanické mletí snížilo velikost zrna až do rozmezí nanometrů a příslušná mikrotvrdost překročila hodnotu 300 HV. Prášky byly konsolidovány metodou plazmového sintrování na kompakty téměř plné hustoty. Díky krátké době a relativně nízké teplotě sintrování může být příznivá mikrostruktura prášků zachována v kompaktu. Velikost zrna kompaktů připravených z mletého prášku byla zachována v submikrokrystalickém rozmezí a mikrotvrdost blízká 200 HV překročila hodnotu charakteristické pro tepelně zpracovaný protějšek připravený ingotovou metalurgií. Připravené kompakty si po své expozici teplotě 425 řC zachovaly svou jemnozrnnou strukturu a vysokou mikrotvrdost.

Mechanical properties of aluminium alloys highly depend on their phase composition and microstructure. High strength can be achieved among others by introduction of a high volume fraction of fine, homogeneously distributed second phase particles and by a refinement of the grain size. Powder metallurgy allows to prepare fine grained materials with increased solid solubility which are favourable precursors for further precipitation strengthening. Gas atomization was used for the preparation of powders of the commercial Al7075 alloy and its modification containing 1 wt% Zr. A part of gas atomized powders was mechanically milled at different conditions. Mechanical milling reduced the grain size down to the nano-size range and the corresponding microhardness exceeded the value of 300 HV. Powders were consolidated by the spark plasma sintering method to nearly fully dense compacts. Due to a short time and relatively low temperature of sintering the favourable microstructure can be preserved in the bulk material. The grain size of compacts prepared from milled powder was retained in the submicrocrystalline range and the microhardness close to 200 HV exceeded that of the specially heat treated ingot metallurgical counterparts. The prepared compacts retained their fine grained structure and high...