The application of the HIP device produced by AIP company for synthesis of composite materials

Zastosowanie urządzenia HIP firmy AIP do syntezy materiałów kompozytowych

Andrzej Pieczara, Tadeusz Piotrowski, Wojciech Leśniewski, Marek Wawrylak, Piotr Wieliczko | 29-01-2015

Mechanik nr 02/2015 - Artykuły z Międzynarodowej Konferencji Innovative Manufacturing Technology IMT 2014 zamieszczone na płycie CD

ABSTRACT: The paper presents the technique of producing metal-ceramic materials using hot isostatic pressing (HIP). The study began by determining the physico-chemical parameters of eleven powder compositions based on tungsten carbide and cobalt proposed by the technologists of the GONAR BIS Ltd. company. Using the technique of X-ray microfluorescence their chemical composition was determined. Using a variety of research techniques the grain composition has been identified. The obtained results facilitated predicting blends for HIP technique to obtain construction materials for parts of cutting tools for geotechnics. Developed HIP process uses superplasticity of titanium alloy Ti6Al4V. The sealed capsules made from this alloy allow to press the powder contained in them at a temperature selected from the range of 725°C to 1450°C which allows for the development of an industrial process in the laboratory. The resulting images of metallographic structures allowed the verification of tests of grain composition. The next stage of the work carried out in industrial conditions led to the implementation of the experimental series of profiles of the selected materials. Rectangular shapes allowed us to determine the mechanical strength of experimental connections: metal-ceramic material–solder–steel substrate.

KEYWORDS: metal ceramic composite material, hot isostatic pressing (HIP), synthesis of composite materials, grain composition, chemical composition, mechanical strength, tool for geotechnics.

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono technikę wytwarzania materiałów metalowo-ceramicznych przy wykorzystaniu obróbki cieplno-ciśnieniowej (HIP). Badania rozpoczęto od określenia parametrów fizykochemicznych jedenastu, zaproponowanych przez technologów firmy GONAR BIS sp. z o.o., kompozycji proszków opartych na bazie węglika wolframu i kobaltu. Stosując technikę mikrofluorescencji rentgenowskiej określono ich skład chemiczny. Wykorzystując różne techniki badawcze określono skład ziarnowy. Otrzymane wyniki ułatwiły wytypowanie mieszanek przeznaczonych do uzyskania techniką HIP materiałów na elementy robocze narzędzi przeznaczonych dla geotechniki. Opracowany proces HIP wykorzystuje nadplastyczność stopu tytanu Ti6Al4V. Wykonane z niego szczelne kapsuły pozwalają doprasować umieszczony w nich proszek w temperaturze wybranej z przedziału 725–1450°C, co pozwala na opracowanie przemysłowego procesu technologicznego w warunkach laboratoryjnych. Uzyskane zdjęcia struktur metalograficznych umożliwiły przeprowadzenie weryfikacji badań składu ziarnowego. Następny etap prac prowadzonych w warunkach przemysłowych doprowadził do wykonania doświadczalnych serii kształtek z wytypowanych materiałów. Prostopadłościenne kształtki pozwoliły na określenie wytrzymałości mechanicznej doświadczalnych połączeń: materiał metalowo-ceramiczny–lutowie–podłoże stalowe.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt metalowo-ceramiczny, izostatyczne prasowanie na gorąco, synteza kompozytów, skład ziarnowy, skład chemiczny, wytrzymałość mechaniczna, narzędzia geotechniczne.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

MIRSKI Z., Spajanie węglików spiekanych ze stalą, Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2011, 18–23.
MATULA G., DOBRZAŃSKI L. A., DOŁŻAŃSKA B., Structure and properties of TGM manufactured on the basis of cobalt, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 20, Issues 1–2, January-February 2007, 151–154.
RUDD E., KAKUMANU S., PALMER A., KHOJA H., DURIN G., LAUGHARN J., Active paraffin removal from FFPE tissues with Adaptive Focused Acoustics, Covaris, Inc., October 2013.
PINIEWSKA D., WOJTAS M., POLAŃSKA N., STAWOWIAK A., KONIECZNA-WAŚKOWSKA M., CZEPIEC M., SANAK M., The Comparison of Paraffin Dewaxing Using Methyl Tert-Butyl Ether and Xylene in DNA Extraction from Autopsy Specimens, J Forensic Res, Vol. 3, Issue 10, 2012.
ŁOSKIEWICZ W., ORMAN M., Układy równowagi podwójnej, Warszawa, PWN, 1956, Wydanie pierwsze.
VANDERHASTEN M., RABET L., VERLINDEN B., Ame high temperature deformation of Ti6Al4V at low strain rate, Metalurgija – Journal of Metallurgy Association of Metallurgical Engineers Serbia and Montenegro, Scientific paper UDC:669.280’5’11’292-152.5=20.