Microstructure and microhardness of ball milled/hot pressed aluminium with Mg₃N₂ addition

The microstructure and microhardness of a ball milled and hot pressed aluminium powder with 10 vol.% of magnesium nitride (Mg₃N₂) were investigated. It was expected that the addition of a Mg₃N₂ as an nitrogen-bearing substrate would allow to obtain an in situ reaction leading to a formation of an aluminium nitride (AlN) strenghtening phase. The powders were milled in a high energy planetary ball mill for up to 40 h and then compacted in vacuum at 400ºC/600 MPa. The material was investigated by means of X-ray diffraction measurements (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and microhardness tests. The performed investigations showed that the composite preparation method provided a significant structure refinement of the material - the average matrix grain size of composite compact was about ˜140 nm. Energy Dispersive Spectrometry (EDS) analysis of Al/ Mg₃N₂ compact combined with X-ray diffraction (XRD) technique indicated a presence of Mg₃N₂ as well as Mg-Al-O phase, which were probably formed during hot pressing. Microhardness tests showed nearly 40% increase in the hardness of Al/ Mg₃N₂ composite over the non-reinforced aluminium compact.

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki obserwacji mikrostruktury i pomiarów mikrotwardości kompozytu o osnowie z aluminium z dodatkiem 10% objętościowych azotku magnezu wytworzonego drogą wysokoenergetycznego mielenia połączonego z prasowaniem na gorąco. Zakładano, że dodatek Mg₃N₂ jako substratu azotonosnego pozwoli na uzyskanie reakcji in situ prowadzącej do wytworzenia fazy wzmacniającej w postaci azotku aluminium. Proszki poddano mieleniu w wysokoenergetycznym młynku kulowym przez okres 40. godzin, a następnie sprasowano w próżni pod ciśnieniem 600 MPa w temperaturze 400ºC. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury materiału wykazały, że zastosowana metoda wytwarzania kompozytu pozwala na uzyskanie znacznego rozdrobnienia struktury materiału - średnia wielkość ziaren osnowy wynosiła ˜140 nm. Pomiary składu chemicznego technika EDS w połączeniu z analizą XRD wskazały na obecność zarówno azotku magnezu, jak również fazy Mg-Al-O w wyprasce kompozytowej. Pomiary mikrotwardości wykazały natomiast 40%-owy wzrost twardości kompozytu Al/ Mg₃N₂ w porównaniu z wypraska z niezbrojonego aluminium.