Temperature programmed desorption studies of outgassing of aluminium powder

Abstract

The mechanical properties of powder metallurgy (P.M.) aluminium alloys may be influenced considerably by the hydrogen content. To obtain high-quality alloys, it is necessary to optimize the degassing of the powder before sintering. Such a process involves an understanding of the mechanism of the desorption of H₂ from the surface of the powder.

By means of the temperature programmed desorption technique, hydrogen evolution has been studied on an X7xxx (Al, Zn, Mg,Cu)P.M. alloy. The results show a large influence of the atomization procedure (with air or with helium). Hydrogen formation results from water decomposition at the contact of the alloying metals, but two different mechanisms may occur.

• Water is chemisorbed on the sample and the decomposition process is conditioned by the break-up of the oxide layer, followed by the evaporation of zinc and magnesium.

• As a function of the temperature, water is liberated in the network of the oxide by a transformation of the aluminium hydroxides and may react with metal at the metal-oxide interface.

Zusammenfassung

Die mechanischen Eigenschaften von pulvermetallurgischen (P/M) Aluminium-legierungen können wesentlich durch ihren Wasserstoffgehalt beeinflußt werden. Um hochwertige Legierungen zu erhalten muß die vor dem Sintern erfolgende Entgasung optimiert werden. Solch ein Prozeß erfordert die Kenntnis des Mechanismus der H₂-Desorption von der Oberfläche des Pulvers. Mittels der Temperaturdesorptionstechnik wurde die Wasserstoffabgabe von einer X7xxx-P/M-Legierung (Al, Zn, Mg, Cu) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Atomisierungsprozedur (mit Luft oder Helium) einen wesentlichen Einfluß ausübt. Wasserstoff wird durch Zersetzung von Wasser an den Kontaktstellen der sich legierenden Metalle nach zwei unterschiedlichen Mechanísmen gebildet. Einmal kann Wasser auf der Probe chemisorbiert und der Zersetzungsprozeß durch den Aufbruch der Oxidschicht, dem eine Verdampfung von Zink und Magnesium folgt, bedingt sein. Zum anderen wird im Gitter des Oxids Wasser durch Dehydroxylierung von Aluminiumhydroxid in Freiheit gesetzt, das mit dem Metall an der Metall-Oxid-Grenzfläche reagieren kann.

Резюме

Механические свойст ва порошковых металлургических ал юминиевых сплавов в значительной степен и затрагиваются нали чием в них водорода. Для ролучен ия высококачественных сплавов, необходимо оптимизировать дега зацию порошка перед е го спеканием. Такой проц есс требует знания ме ханизма десорбции водорода и з поверхности порошка. С помощью мет ода температурной де сорбции изучен процесс удале ния водорода из сплава Х7ххх (Al, Zn, Mg, Сu). Резул ьтаты показали значи тельное влияние метода атоми зации (воздухом или гелием). В озможны два различны е механизмы образован ия водорода, вследств ии разложения воды, нахо дящейся в контакте со сплавляющимися мета ллами. Первый состоит в том, что влага химичес ки сорбирована на обр азце и процесс разложения о бусловлен разрушением окисног о слоя, за которым след ует испарение цинка и маг ния. Второй является зависимым от темпера туры; вода выделяется в сетчатой структуре окисного с лоя путем превращения гидроок исей алюминия и может реагировать с металлом на поверхн ости раздела металл — окись металл а.