Studiu de Caz Privid Materialele Compozite de Tipul Al-Mg, Mg2Si

1.Introducere

Termenul de “compozit”, in linii mari, se refera la un sistem de materiale care este compus dintr-un element de armare, distribuite intr-o faza continua (matrice), care deriva din caracteristicile sale de la proprietati la componente, geometria si arhitectura limitelor (interfetelor) intre costituenti diferiti.

Materiale compozite cu matrice metalica reprezintă o mare familie de materiale apărute în scopul de a realiza şi spori combinaţiile de proprietăţi. Deoarece matricea poate fi orice metal sau aliaj, s-a arătat un mare interes pentru metalele cu structuri cât mai uşoare, în majoritatea cazurilor principalul obiectiv constituindu-l îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale acestora.

In mare măsură, progresul în domeniul compozitelor cu matrice metalică este strâns legat de dezvoltarea întăriturilor încorporate.

Până în prezent motivul principal ce a stat la baza dezvoltării MCMM l-a constituit realizarea creşterii rezistenţei şi a tenacităţii componentelor. Alte importante îmbunătăţiri ale valorilor unor caracteristici cum ar fi capacitatea de amortizare, greutatea specifică, rezistenţa la uzură, coeficientul de dilatare termică, cât şi capacitatea de exploatare la temperaturi înalte pot fi realizate prin combinaţii avantajoase ale materialelor de adaos.

In acelaşi timp, este de preferat să poată fi menţinute unele proprietăţile specifice ale metaielor, cum ar fi un proces relativ simplu de fabricaţie, ductilitatea, coeficienţi mari de conductivitate electrică şi termică etc. Se impune însă ca proprietăţile combinaţiilor dorite să fie obţinute la un cost minim, fiind obligatoriu să se realizeze o optimizare.

Este posibil ca să fie dezvoltate noi materiale cu combinaţii unice ale proprietăţilor, ce nu pot fi obţinute cu materiale convenţionale. în principiu, alegerea judicioasă a tipului de materiai de umplere permite, spre exemplu, obţinerea unui coeficient de dilatare termică dorit.

Priceperea de a aborda într-o manieră inginerească problema materialelor cu proprietăţi deosebite destinate unor aplicaţii speciale reprezintă marele avantaj potenţial al compozitelor

De asemenea, se poate realiza armarea selectivă a anumitor zone ale componentelor, astfel încât să se asigure îmbunătăţirea proprietăţilor materialului doar acolo unde aceasta este necesar.

Multitudinea combinaţiilor posibile a matricilor metalice şi a diverselor forme sub care se găsesc elementele de armare conduc la necesitatea existenţei unei mari bănci de date, în scopul asigurării complete a proprietăţile cerute pentru MCMM .

2. Materiale compozite cu matrice de aluminiu

Materialele compozite de obicei sunt clasificate pe baza naturii fizice si chimice a fazei din matrice, care poate fi polimerica, metalica si ceramica. Exista unele rapoarte care indica aparitia unor compusi intermetalici in matrice si compozitele cu matrice de carbon. Aceasta revizuire se refera la compozitele cu matrice metalica si mai exact la compozitele cu matrice de aluminiu. In aceste compozite unul dintre componente poate sa fie Al sau aliaje ale acestuia, forma numita matrice.

Constituientul incorporat in matricele de Al sau in aliajele sale este folosit ca si armatura, care de obicei este nemetalica sau din ceramica(SiC, Al2O3). Proprietatile MCMAl pot fi adaptate de catre constituientii diferiti din natura in functie de fractia volumica.

2.1. Avantajele materialelor compozite cu matrice de aluminiu

Principalele avantaje ale matricelor de aluminiu armate comparativ cu materiale nearmate sunt:

• rezistenta ridicata;

• rigiditate imbunatatita;

• densitate redusa;

• rezistenta ridicata la temperaturi inalte;

• control asupra coeficientului termic de expansiune;

• gestionare termica;

• abraziune si rezistenta la uzura imbunatatita;

• control de masa ;

• capacitatea de amortizare inbunatatita.

Aceste avantaje pot fi cuantificate pentru a aprecia mai bine MCMAl. De ex, modulul de elasticitate al Al pur poate fi imbunatatit de la 70 Gpa la 240 Gpa prin armarea cu fibre continue de Al. Pe de alta parte armarea matricei de aluminiu cu fibre de alumina in proportie de 60%, coeficientul de dilatare scade de la 24 ppm/°C la 7 ppm/° C. In mod similar si in cazul aliajului Al-9Si armat cu particule de SiC are rezistenta la uzura egala sau mai mare decat a fontei cenusii. Toate aceste exemple ilustreaza faptul ca este posibil ca proprietatile tehnologice ale Al si aliajelor sale sa se modifice cu 2-3 oridine de marime prin armare corespunzatoare in functie de fractia volumica.

Compozitele cu matrice de aluminiu sunt sisteme de materiale ca ofera combinatii de proprietati superioare astfel ca astazi nu exista materiale monolitice rivale.Pe parcursul anilor , s-a incercat utilizarea compozitele cu matrice de aluminiu in numeroase aplicatii ucturale, nestructurale si functionale in diferite sectoare de inginerie. Forta pentru utilizarea MCMAl in aceste sectoare includ performanta , beneficii economice si de mediu. Beneciilor cheie ale compozitelor cu matrice de aluminiu in sectorul de transport sunt consumul mic de combustibil, zgomot mai putin si emisii scazute in aer.