Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 66, Issue: 2, 2014
  • pp: 175-184

download: article (EN)

Effects of nano-nickel and MgO addition to alumina based matrices on properties of the resultant composites

Abstract (EN)

Ni/Al2O3 composites were produced by using alumina nano- and micropowders, and 1.7 vol.% Ni nano-particles prepared by an oxalate method. Uniform mixtures of alumina and nano-nickel particles were consolidated by the SPS method for 7 min at 1400 °C in argon. Effects of second-phase nano-particles, MgO-dopant and particle size of alumina powder on the microstructure and, in turn on, the resultant density, hardness, fracture toughness and wear resistance of the composites were studied. XRD, SEM, EDS, image analysis, Vickers indenting and wear resistance testing were used to determine the microstructural and mechanical properties of the studied materials. The MgO-dopant controlled the microstructure of Al2O3 polycrystals limiting abnormal grain growth, but in case of the Ni/Al2O3 composites a pinning effect, coming from nickel nano-particles, was more pronounced in reducing alumina grain sizes than a solute drag mechanism incorporated by the MgO additive. The alumina matrix composite hardened with nickel nano-particles was produced which showed a hardness of 18.3 GPa and very high wear resistance, as a result of the Hall-Petch effect.

Keywords (EN): Al2O3, Nickel nano-particle, Nanocomposite, Microstructure - final, Cutting tool

Wpływ dodatku nano-niklu i MgO do osnowy Al2O3 na właściwości wynikowych kompozytów

Golonka A., Moskała N., Putyra P., Pyda W.

Abstract (PL)

Wytworzono kompozyty Ni/Al2O3, wykorzystując nano- i mikroproszki tlenku glinu oraz nanocząstki niklu w ilości 1.7% obj., które otrzymano metodą szczawianową. Jednorodne mieszaniny cząstek tlenku glinu nano-niklu konsolidowano metodą SPS przez 7 min w 1400 °C w argonie. Zbadano wpływ nanocząstek drugiej fazy, dodatku MgO i rozmiaru wyjściowego cząstek tlenku glinu na mikrostrukturę kompozytów i, jako skutek, na ich gęstość, twardość, odporność na pękanie i odporność na ścieranie. Wykorzystano metody XRD, SEM, EDS, analizę obrazu, metodę Vickersa i badania odporności na ścieranie, aby scharakteryzować mikrostrukturę i właściwości mechaniczne badanych materiałów. Dodatek MgO kontrolował mikrostrukturę polikryształów Al2O3, ograniczając nieciągły rozrost ziaren tlenku glinu, ale w przypadku kompozytów okazał sie mniej skuteczny niż dodatek nanocząstek niklu, które działały poprzez mechanizm kotwiczenia granic. Wytworzono kompozyt z osnową tlenku glinu utwardzony nanocząstkami niklu o twardości 18.3 GPa i bardzo dobrej odporności na ścieranie, jako wynik działania efektu Hall-Petcha.

Keywords (PL): Al2O3, nanocząstka niklu, nanokompozyt, mikrostruktura finalna, nóż do obróbki skrawaniem

return…