An experimental study of aluminum boride particles distribution in centrifugally cast AI/AIBx composites

Abstract

In this research, centrifugal casting has been used to investigate the influence of casting parameters and chemical composition on the manufacturing of functionally graded Al-2 wt. %B-6 wt. %Mg and Al-2 wt. %B-6 wt. %Cu composites reinforced with aluminum boride particles. The resulting microstructure of the cast specimens were characterized both quantitatively and qualitatively via image J analysis to study the distribution of the reinforcement particles. An evaluation of the composite hardness was also conducted through the use of superficial Rockwell hardness and Vickers microhardness. The microstructure analysis revealed the strong effect of varying centrifugal casting parameters on the redistribution of the reinforcement particles along the cylindrical casting axis, which was parallel to the centrifugal force. This distribution resulted in a compositional gradient of particles, with more particles towards the external zone than in the internal zone of the casting. The hardness analysis also reflects this tendency: higher superficial Rockwell hardness and a higher Vickers microhardness values towards the external zone. Alloying elements Mg and Cu favored good wettability between the reinforcement particles and the aluminum matrix melt. This reduced the pores formation in the composites to a very little quantity, i.e. between the ranges of 0.01% to 2%. The presence of magnesium favored the partial transformation of AlB12 particles into AlB2 in the Al-2 wt. %B-6 wt. %Mg composites. SEM/EDS analysis helped study the interaction of magnesium and copper levels on the reinforcement particles.

En esta investigacion, la fundicion por centrifugado ha sido usada para investigar la influencia de los parametros de fundicion y composicion quimica en la fabricacion de compuestos reforzados con particulas de boruro de aluinio con gradiente funcional de Al-2 wt. %B-6 wt. %Mg y Al-2 wt. %B-6 wt. %Cu. La tanto microestructura resultante de los especimenes fundidos fueron caracterizados cuantitativamente como cualitativamente a traves de analisis de imágenes usando image J para estudiar la distribucio de los refuerzos. La evaluacion de la dureza de los compuesto fue llevada a cabo por medio de dureza superficial Rockwell y microdureza Vickers. El analisis microestructura revelo el gran efecto de los parametros de la fundicion por centrifugado sobre la redistribucion de los refuerzo particulados a lo largo del eje de muestra fundida, paralelo a la fuerza centrifuga. Esta distribucion resulto en un gradiente de composicionan de particulas, con mas refuerzos en la zona externa que en la zona interna de la muestra fundida. El analisis de dureza tambien reflejo esta tendencia: valores mas altos de dureza Rockwell y microdureza Vickers en la zona externa de los especimenes. Los elementos de aleacion Mg y Cu favorecieron la buena mojabilidad entre la interface de los refuerzos y la matriz fundida de aluminio. Esto redujo la formacion de poros en los compuestos hasta una catidad muy pequena: esto es en el rango de 0.01% a 2%. La presencia de magnesio favorecio la transformacion parcial de las particulas de AlB12 en AiB2 en los materiales compuestos de Al- 2%B- 6%Mg. Los analisis de SEM/EDS ayudaron a estudiar la interaccion de los niveles de magneson y cobre con las particulas de refuerzos.