Effect of different additives on mechanical and thermochemical properties of bronze alloys for metal bonded matrices

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-08-23
Department
Major/Subject
Chemistry
Mcode
CHEM3023
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
48 + 5
Series
Abstract
Solid particles can be merged to a solid, coherent structure through a diffusion-based process called sintering. This process is for example used in the manufacturing of tools for applications where the mechanical and microstructural properties of the metal matrix is important. Sintering parameters can be divided into two categories, material parameters and process parameters. The material parameters are variables connected to the metal powder, e.g., chemical composition, particle size and particle shape. Parameters such as sintering atmosphere, pressure and temperature are classified as process parameters. Both material and sintering parameters greatly influence the microstructure and the physical and mechanical properties of the product. The focus of this study is on the chemical composition of the metal matrix. In this work, formulations of bronze with additions of silver, nickel, cobalt, and graphite in different concentrations are investigated. The samples were produced through sintering in 560 °C under a pressure of 42 bar. Thermal analyses and mechanical tests, such as impulse excitation, hardness and bending were performed. The result shows that nickel and cobalt additions improve mechanical properties while the overall melting point of the mixtures remains low compared to that of the individual pure elements. Graphite gives a porous structure with poor mechanical properties but exhibit interesting self-lubricating properties which could be further studied in the future.

Fasta partiklar kan sammanfogas till en fast, sammanhängande struktur genom en diffusionsbaserad process som kallas sintring. Den här processen används bland annat i framställningen av verktyg för applikationer där metallmatrisens mekaniska och mikrostrukturella egenskaper är viktiga. Sintringsprocesser kan delas in i två kategorier, materialparametrar och processparametrar. Materialparametrar är faktorer relaterade till metallpulver, så som kemisk komposition, kornstorlek och form. Parametrar så som sintringsatmosfär, tryck och temperatur klassas som processparametrar. Det här arbetets fokus ligger på den kemiska kompositionen av metallmatrisen. I det här arbetet granskas formuleringar av brons med tillsatser av silver, nickel, kobolt och grafit i olika koncentrationer. Proven framställdes genom sintring i 560 °C under ett tryck på 42 bar. Termiska analyser och mekaniska tester så som impulsexcitation, hårdhet och böjningsstyrka utfördes. Resultaten visar att tillsatser av nickel och kobolt förbättrar de mekaniska egenskaperna utan att avsevärt höja på smältpunkten för blandningen i förhållande till smältpunkten för de enskilda, rena ämnena. Grafit ger en porös struktur med svaga mekaniska egenskaper men uppvisar ändå intressanta smörjande egenskaper som kunde studeras vidare.
Description
Supervisor
Gasik, Michael
Thesis advisor
Meana Esteban, Beatriz
Gammelgård, Andreas
Keywords
sintering, composition, metals, DSC, impulse excitation, hardness and bending
Other note
Citation