Reakcijska kinetika med staljenim aluminijem in orodnim jeklom brez in z različnimi zaščitnimi plastmi : diplomsko delo

Makarovič, Matija (avtor), Vončina, Maja (mentor)

Namen diplomskega dela je bil analizirati vpliv različnih zaščitnih plasti na reakcijsko kinetiko med tekočo aluminijevo zlitino Al99,7 in orodnim jeklom za delo v vročem AISI (ang. American Iron and Steel Institute) H11. Interakcijo med jeklom AISI H11 in talino Al99,7 brez in z zaščitnimi plastmi TiAlN+WC/C, TiAlxN in AlCrN smo raziskali s pomočjo diferenčne vrstične kalorimetrije (DSC) pri temperaturi 700 °C. V napravo smo ustavili »sendvič« vzorcev jekla AISI H11 brez in z zaščitnimi plastmi ter zlitine Al99,7. Na ta način smo preučili visokotemperaturno obstojnost zaščitnih plasti v stiku s tekočo aluminijevo talino in njihovo sposobnost preprečevanja difuzije elementov iz jekla v tekoči aluminij. Po izvedeni DSC analizi smo vzorce pripravili na metalografske preiskave, pri čemer smo uporabili svetlobno in elektronsko vrstično mikroskopijo (SEM). Na ta način smo opredelili debeline interakcijskih in zaščitnih plasti ter primerjali učinkovitost zaščitnih plasti pri omejevanju prehoda elementov iz jekla AISI H11 v tekočo zlitino Al99,7. Rezultati opravljenih raziskav so pokazali, da so zaščitne plasti učinkovito ustavile difuzijo elementov in s tem raztapljanje orodnega jekla v talini Al99,7, saj ni bilo zaznati prisotnosti intermetalnega in kompozitnega sloja. Velik vpliv na sposobnost zaščitnega sloja pri preprečevanju reakcij med orodnim jeklom in staljeno aluminijevo zlitino igra med drugim tudi debelina zaščitne plasti ter njena sestava. Iz pridobljenih rezultatov lahko sklepamo, da se je med tremi preiskovanimi zaščitnimi plastmi za najboljšo izkazala dvokomponentna TiAlN+WC/C zaščitna plast.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: interakcija tekoči aluminij-jeklo, zaščitna plast, interakcijske plasti, diferenčna vrstična kalorimetrija, mikrostruktura.
• Vrsta gradiva: Diplomsko delo/naloga
• Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
• Organizacija: NTF - Naravoslovnotehniška fakulteta
• Kraj izida: Ljubljana
• Založnik: M. Makarovič
• Leto izida: 2025
• Št. strani: XII, 41 f.
• PID: 20.500.12556/RUL-173944
• UDK: 669
• COBISS.SI-ID: 257233667
• Datum objave v RUL: 25.09.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Reaction kinetics between molten aluminium and tool steel without and with various protective layers : diploma work

Izvleček

The aim of this thesis was to analyze the influence of different protective coatings on the reaction kinetics between the liquid aluminum alloy Al99.7 and hot-work tool steel AISI H11. The interaction between AISI H11 steel and Al99.7 melt, both without and with protective coatings (TiAlN+WC/C, TiAlxN, and AlCrN), was investigated using differential scanning calorimetry (DSC) at 700 °C. “Sandwich” samples consisting of AISI H11 steel, with and without protective coatings, and Al99.7 alloy were placed into the device. In this way, the high-temperature stability of the protective coatings in contact with molten aluminum alloy and their ability to prevent the diffusion of elements from steel into liquid aluminum was examined. After performing the DSC analysis, the samples were prepared for metallographic examinations using light microscopy and scanning electron microscopy (SEM). This allowed the determination of the thicknesses of interaction and protective layers, as well as a comparison of the effectiveness of the coatings in limiting the transfer of elements from AISI H11 steel into the Al99.7 melt. The results showed that the protective coatings effectively suppressed element diffusion and thus the dissolution of tool steel in the Al99.7 melt, since no intermetallic or composite layers were detected. The thickness and chemical composition of the protective layer were found to have a significant influence on its ability to prevent reactions between tool steel and molten aluminum alloy. Based on the obtained results, the two-component TiAlN+WC/C coating proved to be the most effective among the three protective layers investigated.

• Ključne besede: Protective coating, aluminium 99, 7, tool steel AISI H11, interaction steel-aluminium, differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy.