The influence of SiC particle size on mechanical properties of aluminium matrix composites

The main aim of this study was to determine the influence of SiC particle size on the mechanical properties of aluminum matrix composites. The reinforcing phase was introduced into the aluminum matrix in two different particle sizes: a coarse fraction with particle size ranging from 40 to 60 μm, and a fine fraction with particle size of less than 2 μm. The SiC particles were added in various quantities equal to 2.5, 5, 7.5, and 10 wt% in order to determine the influence of different contents of the reinforcing phase on the density, hardness, and compressive strength of the obtained composite materials. By using scanning electron microscopy (SEM), the microstructure observations were performed and allowed for defining the influence of matrix/reinforcement particle size ratio (PSR) on the distribution of reinforcement particles in the matrix. The Al-SiC composites were prepared through the conventional powder metallurgy technique, including compaction under a pressure of 300 MPa and a sintering process in a nitrogen atmosphere at 600°C. Applying the reinforcing phase with the particle size (40–60 μm) similar to matrix (<63 μm) allowed us to obtain a more-uniform distribution of SiC particles in the matrix than after introducing the fine fraction of reinforcement (2 μm). The mechanical properties of the Al-SiC composites increased with increases in the weight fraction of the reinforcing phase, wherein this effect is more visible for composites reinforced with SiC particles of finer gradation.

Celem badań było określenie wpływu wielkości cząstek fazy umacniającej SiC na właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium. Do aluminiowej osnowy wprowadzono fazę SiC o różnej wielkości cząstek, tworzących tzw. frakcję drobną (2 μm) oraz grubą (40–60 μm). Celem zbadania wpływu zawartości cząstek węglika krzemu w osnowie na gęstość, twardość oraz wytrzymałość na ściskanie otrzymanych kompozytów udział wagowy cząstek SiC określono odpowiednio na poziomie: 2,5; 5; 7,5 oraz 10% wag. Przeprowadzono również obserwacje mikrostrukturalne przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), które pozwoliły na określenie wpływu stosunku wielkości cząstek materiału osnowy oraz fazy umacniającej na rozkład cząstek SiC w aluminiowej osnowie. Materiał został wytworzony metodą konwencjonalnej metalurgii proszków, obejmującą proces prasowania pod ciśnieniem 300 MPa oraz spiekania w atmosferze azotu w temperaturze 600°C. Zastosowanie cząstek fazy umacniającej o wielkości (40–60 μm) zbliżonej do rozmiaru cząstek materiału osnowy (<63 μm) pozwoliło uzyskać bardziej równomierny rozkład cząstek fazy umacniającej SiC w osnowie niż w przypadku wprowadzenia cząstek SiC o drobnej frakcji (poniżej 2 μm). Właściwości mechaniczne kompozytów Al-SiC wzrosły wraz ze wzrostem udziału wagowego fazy umacniającej, przy czym efekt ten jest bardziej widoczny w przypadku umocnienia cząstkami SiC o mniejszej gradacji.