Dalam kajian ini, kesan penambahan MgO dan Cr2O3 terhadap mikrostruktur dan ciri-ciri mekanikal komposit seramik ZTA telah dikaji. Pelbagai amaun MgO dan Cr2O3 ditambah ke dalam ZTA secara berasingan. Bahan mula dicampur berterusan selama 8 jam dan kemudiannya dipadatkan secara hidraulik pada 300 MPa. Sampel sampel yang telah dipadatkan di sinter pada 1600 oC selama 4 jam. Terdapat tiga bahagian dalam kajian ini. Bahagian pertama terdiri dari penambahan MgO ke dalam
ZTA. Bahagian kedua difokuskan kepada kesan saiz partikel MgO terhadap sifa tsifat mekanikal dan bahagian ketiga difokuskan terhadap kesan penambahan Cr2O3 terhadap sistem ZTA and ZTA-20 nm MgO. Untuk bahagian pertama, keputusan menunjukkan penambahan 0.7 wt % MgO bersaiz 100nm menghasilkan kekerasan Vickers tertinggi (1710HV). Keliatan patah berkurang secara berterusan dari 5.93 MPa.m1/2 kepada 3.79 MPa.m1/2 dengan penambahan sebanyak 1.0 MgO wt %. Keterlarutan pepejal MgO di dalam ZTA dianggarkan sebanyak 203 ppm. Tiada mekanisme baru yang ditemui dengan penambahan MgO ke dalam ZTA. Pemerhatian terhadap mikrostruktur menunjukkan nilai NL untuk saiz butir sangat bergantung kepada amaun MgO yang ditambah. Nilai NL meningkat dari 0.68 butir/μm to 2.21 butir/μm dengan penambahan 0.7 wt % MgO. Peningkatan kekerasan Vickers disebabkan oleh kesan pin mikrostruktur oleh MgO. Dalam pengukuran kehausan mata alat, peningkatan sebanyak 30 % ditunjukkan oleh sampel ZTA dengan 0.3 MgO wt %. Untuk bahagian kedua, saiz partikel MgO dipelbagai dari 20 nm hingga 7000 nm. Pemerhatian menunjukkan MgO dengan saiz yang lebih halus akan meningkatkan kecekapan kesan pin; satu kelebihan yang ditunjukkan oleh MgO. Sampel ZTA dengan bahan tambah 20 nm MgO mempunyai saiz butir Al2O3 yang halus (2.50 grains/μm) berbanding dengan ZTA dengan 100 nm MgO (2.21 grains/μm), 500 nm MgO (1.27 grains/μm) dan 7000 nm MgO (0.81 grains/μm). Saiz butir ZTA dengan 20 nm MgO yang halus menyebabkan kekerasan Vickers yang tinggi (1740HV) tetapi keliatan patah 3.62 MPa.m1/2. Pembentukan MgAl2O4 dikesan pada pelbagai komposisi MgO untuk setiap saiz partikel, dimana 1.1 wt % untuk 20 nm MgO, 0.7 wt % untuk 100 nm MgO, 0.6 wt % untuk 500 nm MgO untuk 0.5 wt % for 7000 nm MgO. Pengukuran mata alat menunjukkan sampel ZTA dengan 20 nm MgO menunjukkan peningkatan sebanyak 54.8 % berbanding
sampel ZTA dengan 100 nm MgO. Untuk bahagian ketiga, amaun Cr2O3 dari 0 wt % - 1.0 wt % diperkenalkan kepada dua sistem berbeza; ZTA dan ZTA dengan 20 nm 1.1 wt % MgO. Sampel ZTA dengan penambahan 0.6 wt % menghasilkan kekerasan Vickers setinggi 1683 HV dan keliatan patah 7.05 MPa.m1/2. Peningkatan kekerasan Vickers disebabkan oleh penambahan Cr2O3, yang mana mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dari ZTA. Peningkatan keliatan patah disebabkkan oleh saiz butir Al2O3 yang besar dan kehilangan fasa monoklinik di dalam YSZ. Berdasarkan kepada analisis XRD, tiada pembentukan fasa baru terhasil dengan penambahan Cr2O3 memandangkan kedua-dua Cr2O3 dan Al2O3 adalah dalam keterlarutan pepejal sepenuhnya. Nilai NL untuk sampel ZTA berkurangan dengan penambahan 0.6 wt % Cr2O3 dari 1.30 butir/μm kepada 0.78 butir/μm. Sampel ZTA-20 nm MgO-Cr2O3 mempunyai kekerasan Vickers yang lebih tinggi (1693HV) dan kehausan mata alat yang lebih rendah (0.015 mm2) berbanding kepada ZTA-Cr2O3 (1683 HV and 0.0190 mm2). Keputusan pengukuran kehausan mata alat menunjukkan sampel ZTA-20nm MgO-Cr2O3 mempunyai peningkatan sebanyak 25 % berbanding sampel ZTA-Cr2O3. Keseluruhannya, sampel ZTA-1.1 wt % 20 nm MgO-0.6 wt % Cr2O3 adalah komposisi terbaik untuk aplikasi mata alat.
The effect of MgO and Cr2O3 addition on the microstructure and mechanical properties of ZTA ceramic composite were investigated in this study. Various amounts of MgO and Cr2O3 were added into ZTA separately. The starting materials was mixed continuously for 8 hours and subsequently hydraulically pressed at 300 MPa. The pressed samples were sintered at 1600 oC for 4 hours. There are three parts
in this study. The first part consists of addition of MgO into ZTA. Second part is focused on the effect of MgO particles sizes on ZTA mechanical properties and the third part is focused on the effect of adding Cr2O3 on ZTA and ZTA-20 nm MgO. For the first part, the results show that an addition of 0.7 wt % of 100 nm MgO produces the highest Vickers hardness (1710 HV). The fracture toughness decreased
gradually from 5.93 MPa.m1/2 to 3.79 MPa.m1/2 with further addition of 1.0 MgO wt %. MgO solid solubility in ZTA was determined around 203 ppm. No new mechanism was found with the addition of MgO into ZTA. Microstructural observations show that the NL value for grain size is significantly dependent on the amount of MgO addition. The NL value increase from 0.68 grains/μm to 2.21
grains/μm with the addition of 0.7 wt % of 100 nm MgO. The increase of hardness is due to the small grain size of Al2O3 which is caused by the microstructure pinning effect by MgO. In tool wear measurement, an improvement of 30 % is shown for ZTA sample with 0.3 MgO wt %. For the second part, the particle sizes of MgO were varied from 20 nm to 7000 nm. It was observed that finer size of MgO enhances the microstructure pinning effect; a feature introduce by MgO. ZTA samples with
additives of 20 nm of MgO were found to have fine Al2O3 grain size (2.50 grains/μm) compared to ZTA with 100 nm MgO (2.21 grains/μm), 500 nm MgO (1.27 grains/μm) and 7000 nm MgO (0.81 grains/μm). The fine grain of ZTA with 20 nm MgO leads to a high Vickers hardness (1740 HV) but a fracture toughness of 3.62 MPa.m1/2. Formation of MgAl2O4 was detected at different composition of each
MgO particle sizes, whereas 1.1 wt % for 20 nm MgO, 0.7 wt % for 100 nm MgO, 0.6 wt % for 500 nm MgO and 0.5 wt % for 7000 nm MgO. Tool wear measurement indicated that ZTA samples with 20 nm MgO shows an increase of 54.8 % compare to ZTA samples with 100 nm MgO. For the third part of the study, amounts from 0 wt % - 1.0 wt % of Cr2O3 are introduced into two separate systems: ZTA and ZTA
with 20 nm 1.1 wt % MgO. ZTA samples with the addition of 0.6 wt % of Cr2O3 produced Vickers hardness of 1683HV and fracture toughness of 7.05 MPa.m1/2. The increase of Vickers hardness is attributed to the addition of Cr2O3, which has higher hardness than ZTA. The increase of fracture toughness is due to the large Al2O3 grain and the loss of monoclinic phase inside YSZ due to the presence of Cr2O3. According to XRD analysis, no new phase was formed with the addition of Cr2O3 since both Cr2O3 and Al2O3 are in complete solid solubility with each other. NL values for ZTA
samples decrease with the addition of 0.6 wt % Cr2O3 from 1.30 grains/μm to 0.78 grains/μm. Sample of ZTA-20 nm MgO-Cr2O3 has higher Vickers hardness (1693HV) and lower tool wear (0.015 mm2) compared to ZTA-Cr2O3 (1683 HV and 0.0190 mm2). Result of tool wear measurement shows that sample of ZTA-20 nm MgO-Cr2O3 has 35 % of improvement compare to ZTA-Cr2O3. In overall, samples of ZTA-1.1 wt % 20 nm MgO-0.6 wt % Cr2O3 is the best composition for cutting insert application.
Synthesis and characterization of mgo-cr2o3-zta cutting_ Ahmad Zahirani Ahmad Azhar_B1_2013_MFAR