Investigation of wear behaviour and microstructure of hot-pressed TiB₂ particulate-reinforced magnesium matrix composites

ABSTRACT

In this study, magnesium and magnesium metal matrix composites (Mg-MMCs) reinforced with 10, 20 and 30 weight (wt.)% TiB₂ particulates were produced by powder metallurgy using the hot pressing technique. The hardness, density, wear behaviour and microstructure of samples were investigated. Uniform distributions of TiB₂ particulates were observed except with some partial agglomeration for 30 wt-% TiB₂. When compared to pure Mg, the hardness increment of Mg-MMCs reinforced with 10, 20 and 30 wt-%TiB₂ particulates was 10.7, 31.9 and 65.3%, respectively. As compared to pure Mg, under load of 20 N, the decrease in wear rate in 10, 20 and 30 wt-% reinforcement was 28.71, 34.98 and 42.92%, respectively. It is believed that the reason of decrease in wear rate was the presence of harder TiB₂ particulates, which resisted to wear and plastic deformation. For pure Mg, oxidative wear changed to oxidative and mild abrasive wear transition from 10 to 20 N. Mg/TiB₂ composites exhibited abrasive wear mechanism under load of 10 and 20 N except 30 wt-% TiB₂ composite indicated oxidative and adhesive wear. However, a transition from mild abrasive wear to severe abrasive wear was observed with increasing load in composites.

RÉSUMÉ

Dans cette étude, on a produit des composites à matrice métallique de magnésium (Mg-MMCs) et de magnésium renforcés avec 10, 20, et 30% en poids de particules de TiB₂, par métallurgie des poudres en utilisant la technique de compression à chaud. On a examiné la dureté, la densité, le comportement à l’usure et la microstructure des échantillons. On a observé une distribution uniforme des particules de TiB₂ sauf pour l’agglomération partielle dans le cas de 30% en poids de TiB₂. Lorsque comparée au Mg pur, l’augmentation de dureté des MMCs de Mg renforcés avec 10, 20 et 30% en poids de particules de TiB₂ était de 10.7%, 31.9% et 65.3%, respectivement. Pour évaluer le comportement à l’usure des échantillons, on leur a appliqué des essais d’usure alternatifs avec des charges de 5, 10 et 20 N. En comparaison avec le Mg pur, sous une charge de 5 N, la diminution du taux d’usure pour les renforcements de 10% en poids, 20% en poids et 30% en poids était de 54.94%, 67.03%, et 80.24%, respectivement. Cependant, sous une charge de 20 N, la diminution du taux d’usure pour les renforcements de 10% en poids, 20% en poids et 30% en poids était respectivement de 28.71%, 34.98%, et 42.92%. On attribue la diminution du taux d’usure à la présence des particules plus dures de TiB₂, lesquelles résistaient à l’usure et à la déformation plastique. Pour le Mg pur, l’usure oxydative s’est changée en une usure de transition oxydative et abrasive légère, en passant de 10 N à 20 N. Les composites de Mg/TiB₂ exhibaient un mécanisme d’usure par abrasion sous une charge de 10 et 20 N, sauf pour le composite de 30% en poids de TiB₂ qui indiquait une usure oxydative et par adhésion. Cependant, on a observé une transition d’usure légère par abrasion en une usure sévère par abrasion avec l’augmentation de la charge pour les matériaux composites.

KEYWORDS:

• Powder metallurgy
• magnesium metal matrix composites
• hot pressing
• wear
• TiB₂

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Notes on contributors

Fatih Aydın is a research assistant at the Department of Metallurgy and Materials Engineering, Karabuk University, Turkey. The wear and mechanical behaviour of metal matrix composites is one of the areas of his research work.

Yavuz Sun is a professor at the Department of Metallurgy and Materials Engineering, Karabuk University, Turkey. The wear and corrosion behaviour of composite materials is one of the areas of his research work.

Additional information

Funding

This work was supported by the Scientific Research Projects of Karabuk University with Project No. KBU-BAP No.16/1-DR-077.