Synthesis of light composites reinforced with cenospheres

The paper presents a method of casting metal matrix composite materials based on light alloys reinforced with cenospheres.The cenospheres, which are a product of fly ash processing by flotation, were formed into porous ceramic shaped elements and subjected to pressure infiltration with a liquid metal on a specially designed hydraulic press. The infiltration process was recorded with an infra-red camera. The obtained composite samples have been tested with the following inspections: density and hardness, X-ray and microstructure. The thermography inspection showed the temperature distribution on the surface of the preheated ceramic preforms. The X-ray examination revealed in the castings a few cracks caused probably by a high value of squeeze pressure. Numerous spheres filled with a solidified metal in the microstructure images were observed. The degradation of the cenospheres was directly connected to the infiltration process parameters, namely: the temperature of the preform and molten metal, too high squeeze pressure or too invasive process of the preform preparation. Despite the anticipations, only a slight decrease in composite density in comparison to the density of the monolithic alloy has been found. However, an increase in the composite hardness has been observed. As a result of the described work, instructions for further tests, which involve slight changes in the process parameters namely: casting pressure, temperature of the molten metal and the ceramic preforms, in order to achieve proper structural and mechanical characteristics of the composite products have been established.

---

Zaprezentowano metodę odlewania kompozytów metalowych bazujących na stopach lekkich, zbrojonych materiałami odpadowymi o niskim ciężarze właściwym - cenosferami. Cenosfery, stanowiące produkt uszlachetniania popiołów lotnych metodą flotacji, zostały uformowane w porowate kształtki ceramiczne i poddane ciśnieniowej infiltracji ciekłym stopem aluminium na specjalnie przygotowanej prasie hydraulicznej. Proces infiltracji rejestrowano kamerą termowizyjną. Otrzymane próbki kompozytowe poddano badaniom rentgenowskim oraz mikroskopowym. Wykonano pomiary gęstości oraz mikrotwardości. Analiza termowizyjna dostarczyła danych na temat rozkładu temperatury na powierzchni wygrzewanych wstępnie preform ceramicznych. Badania rentgenowskie ujawniły w odlewach nieliczne pęknięcia wywołane prawdopodobnie wysoką wartością ciśnienia prasowania. W obrazach mikrostruktury zaobserwowano liczne sfery wypełnione zakrzepłym metalem. Za przyczynę degradacji ścianek cenosfer uznano zbyt duże ciśnienie prasowania, wysoką temperaturę i tempo wstępnego nagrzewania preform, nagły kontakt z gorącym stopionym metalem lub zbyt dużą inwazyjność procesu przygotowania preform. Równocześnie, wbrew wcześniejszym założeniom stwierdzono jedynie nieznaczny spadek gęstości kompozytu względem stopu wyjściowego. W ramach badań odnotowano natomiast wzrost twardości kompozytu. Ostatecznie ustalono wytyczne do dalszych prób odlewniczych, przy czym zasugerowano zmianę niektórych parametrów, takich jak: ciśnienie prasowania, temperatura stopu i preformy.