بررسي خواص تابعي مدرج (FGM) نانوكامپوزيت پايه آلومينيوم با افزودن CNT و Al2O3

كارشناسي ارشد

در پژوهش حاضركامپوزيت زمينه آلومينيوم (Al) مقاوم شده با نانو لوله هاي كربن چند ديواره (MWCNTs) و نانو اكسيد آلومينيوم (nAl2O3) به صورت تابعي مدرج (FG) با استفاده از روش معمول متالورژي پودر پولكي شامل يك مرحله حمام اولتراسونيك و آسياكاري گلوله اي انرژي بالا و به دنبال آن تفجوشي جرقه پلاسما توليد شده است. نانو لوله هاي كربن در داخل ذرات Al توسط ذرات نانو آلومينا به عنوان يك عامل مخلوط ساز جامد پراكنده گرديدند. دو مقدار مختلف از MWCNT با نسبت 2 و 5 درصد حجمي به زمينه آلومينيوم اضافه گرديد. پودرهاي كامپوزيتي Al-CNTبه مدت 1 ساعت تحت عمليات اولتراسونيك و همزن مغناطيسي مخلوط شدند. پراكندگي CNT ها در داخل زمينه Al توسط آسياكاري مكانيكي در زمان هاي 2 و 4 ساعت انجام شد. مخلوط هاي پودري Al-CNT-nAl2O3 آسياكاري شده به¬صورت تغييرات تابعي مدرج لايه اي از صفر تا 5 درصد حجمي نانولوله هاي كربن فشرده سازي شد. مورفولوژي ساختار FGM توسط ميكروسكوپ الكترون روبشي گسيل ميداني(FESEM)، رفتار تفجوشي پودرهاي كامپوزيتي توسط آناليز حرارتي افتراقي (DTA)، تغييرات ساختار نانو لوله هاي كربن توسط طيف سنجي رامان (Raman spectroscopy)، آناليز فازي كامپوزيت تابعي مدرج نهايي توسط تفرق اشعه ايكس (XRD)، چگالي و درصد تخلخل، مقاومت الكتريكي، سختي و مقاومت سايشي مورد بررسي قرار داديم. در اين پژوهش، پراكنده¬سازي نانو لوله هاي كربن با نسبت 2 و 5 درصد حجمي با ذرات پولك Al پس از آسياكاري سياره اي انرژي بالا به مدت 2 و 4 ساعت انجام شد. با افزايش زمان آسياكاري نسبت ID/IG محاسبه شده از طيف رامان نانو لوله¬هاي كربن، كاهش يافت. آناليز حرارتي افتراقي نشان داد كه قبل از دماي 600 درجه سانتي گراد فاز Al4C3 تشكيل نشده است. تفجوشي FGM طبق آناليز حرارتي افتراقي در دماي 600 درجه سانتي¬گراد انجام شده است. آناليز فازي نشان داد كه بعد از فرآيند SPS هيچ گونه فازي تشكيل نشده است. دانسيته FGM متراكم شده در زمان آسياكاري 2 و 4 ساعت به ترتيب 635/2 و 598/2، درصد تخلخل به ترتيب 75/0 و 38/1 است. بيشترين سختي برابر HV 122 مربوط به لايه 2 درصد حجمي CNT و 4 ساعت آسياكاري شده بود. مقاومت الكتريكي بيشترين افزايش را براي نمونه 2 درصد حجمي CNT و 4 ساعت آسياكاري شده داشت و با افرايش كسر حجمي CNT در زمينه آلومينيوم مقاومت الكتريكي كاهش يافت. ضريب اصطكاك براي لايه 5 درصد حجمي CNT و 4 ساعت آسياكاري شده حدود 04/0 بود. لايه 5 درصد حجمي CNT با 2 ساعت آسياكاري شده به دليل آگلومره شدن نانولوله هاي كربن و جلوگيري از تفجوشي كامل Al در هنگام سايش دچار شكست گرديد. واژه‌هاي كليدي: مواد تابعي مدرج، نانو لوله هاي كربن، نانوكامپوزيت Al-CNT

190474

دانشگاه علم و صنعت ايران

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

دكتر مرتضي تميزي فر