Microstructural analysis of rapidly solidified aluminium–nickel alloys

Abstract

Powders of Al–50 wt-%Ni and Al–36 wt-%Ni were produced using the impulse atomisation technique, a rapid solidification technique. The molten droplets were cooled in flight by the stagnant helium or nitrogen in the atomising chamber. The resulting powders were sieved into different size ranges. X-ray diffraction and neutron diffraction were used in order to quantify the phase fractions in the samples. Profile refinement, using the computer software GSAS, was used to calculate the weight fraction of the existing phases, namely Al3Ni2, Al3Ni and Al, as a result of different processing parameters. The Scheil–Gulliver model was applied to investigate the extent to which it can predict phase fractions in the Al–Ni system. In Al–50 wt-%Ni, by increasing cooling rate, the ratio of Al3Ni to Al3Ni2 approaches that of Scheil–Gulliver’s prediction. Opposite behaviour was observed in Al–36 wt-%Ni. In addition, from the profile refinement, the effect of composition and cooling rate on the lattice parameter of Al3Ni2 was investigated. In Al–36 wt-%Ni, the c/a ratio is significantly smaller than the stoichiometric c/a ratio of Al3Ni2, and it decreases with increasing cooling rate. On the other hand, for Al–50 wt-%Ni, the c/a ratio is much closer to the stoichiometric value and it increases with increasing cooling rate.On a produit des poudres d’Al-50% en poids de Ni et d’Al-36% en poids de Ni en utilisant la technique d’atomisation par impulsion, une technique de solidification rapide. Les gouttelettes fondues étaient refroidies en vol par l’hélium ou l’azote stagnants dans la chambre d’atomisation. Les poudres résultantes étaient tamisées en différentes gammes de taille. On a utilisé la diffraction des rayons X et la diffraction des neutrons pour quantifier les fractions de phase dans les échantillons. Le raffinement du profil, obtenu grâce au logiciel d’ordinateur GSAS, était utilisé pour calculer la fraction de poids des phases existantes, soit Al3Ni2, Al3Ni et Al, comme résultat des différents paramètres de traitement. On a appliqué le modèle de Scheil-Gulliver pour vérifier à quel point il peut prédire les fractions de phase du système Al-Ni. Pour l’Al-50% en poids de Ni, en augmentant la vitesse de refroidissement, le rapport d’Al3Ni à Al3Ni2 s’approche de celui de la prédiction de Scheil-Gulliver. On a observé le comportement opposé pour l’Al-36% en poids de Ni. De plus, à partir du raffinement du profil, on a étudié l’effet de la composition et de la vitesse de refroidissement sur le paramètre de réseau de l’Al3Ni2. Pour l’Al-36% en poids de Ni, le rapport c/a est significativement plus petit que le rapport c/a stoechiométrique de l’Al3Ni2, et il diminue avec une augmentation de la vitesse de refroidissement. D’un autre côté, pour l’Al-50% en poids de Ni, le rapport c/a est beaucoup plus près de la valeur stoechiométrique et il augmente avec une augmentation de la vitesse de refroidissement.