Formation of layered Mg/eutectic composite using diffusional processes at the Mg-Al interface

A processing technique has been developed to produce a layered magnesium-intermetallic compound light composite from elemental magnesium and aluminium sheets. Structural examination and measurements of transition layer grown at the magnesium-aluminium interface at high annealing temperature were performed. It was found using Mg/Al diffusion couple that solid state diffusion results in development of Al3Mg2 and Mg17Al12 intermetallic compounds, which are separated into two sublayers. The rate of the layer growth substantially increases with the appearance of the liquid phase at the Mg-Al interface. The microstructure resulted from the partial solidification contains an eutectic composed of Mg17Al12 intermetallic compound and solid solution aluminium in magnesium. The structural processes, which transform the magnesium-aluminium interface, can be applied for fabrication of layered magnesium-eutectic composites. Alternately stacked magnesium and aluminium sheets, formed into a packet, were heated until aluminium was exhausted throughout the course of the Mg-Al reaction with the liquid phase contribution. As a result, the composite containing residual magnesium and layers of eutectic mixture (Mg17Al12 and solid solution of aluminium in magnesium) was obtained. Rapid solidification resulted in fine-grained eutectic microstructure development. Using the presented method, composites with required thickness ratio of magnesium and the eutectic layers can be obtained by choosing appropriate thickness ratio of starting magnesium and aluminium sheets.

Opracowano metodę otrzymywania kompozytu zbudowanego z warstw magnezu i warstw zawierających związek międzymetaliczny, wykorzystując jako substraty blachę magnezu i blachę aluminium. Stosując złącze dyfuzyjne Mg/Al przeprowadzono badania zmian strukturalnych zachodzących pod wpływem temperatury na granicy międzyfazowej magnez-aluminium oraz badania wzrostu warstwy produktów reakcji. Stwierdzono, że warstwa ta, utworzona w wyniku zachodzących w stanie stałym przemian dyfuzyjnych, składa się z dwu podwarstw o strukturze związków międzymetalicznych: Al3Mg2 i Mg17Al12. Szybkość wzrostu warstwy zwiększa się znacznie, gdy na granicy Mg-Al pojawia się faza ciekła. Mikrostruktura utworzona podczas krzepnięcia zawiera głównie eutektykę, składającą się ze związku międzymetalicznego Mg17Al12 i roztworu stałego aluminium w magnezie. Zjawiska zachodzące na granicy magnez-aluminium zostały wykorzystane do formowania kompozytu warstwowego magnez-eutektyka. Arkusze blachy magnezu i blachy aluminium ułożone naprzemiennie w pakiet wygrzewa się do momentu wyczerpania się aluminium w reakcji z magnezem zachodzącej z udziałem fazy ciekłej. W wyniku powstaje kompozyt składający się z warstw pozostałego magnezu i warstw eutektyki zbudowanej z Mg17Al12 i roztworu stałego aluminium w magnezie. Gwałtowne krzepnięcie pozwala uzyskać eutektykę o drobnoziarnistej mikrostrukturze. Przez dobór stosunku grubości wyjściowych arkuszy blachy magnezu i blachy aluminium można wykonać kompozyty o dowolnym stosunku grubości magnezu do grubości warstw o strukturze eutektyki.