بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيتهاي زمينه آلومينيوم تقويتشده با گرافن

كارشناسي ارشد

نانوكامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيوم و آلياژهاي آن به علت داشتن خواصي چون چگالي كم، قابليت رسوب سختي و مقاومت به خوردگي خوب، هدايت الكتريكي و گرمايي بالا جزو مهم‌ترين مواد مورداستفاده در صنايع هوافضا، نظامي و خودرو مي‌باشند. در اين تحقيق نانوكامپوزيت زمينه آلومينيوم تقويت‌شده با گرافن با استفاده از روش تركيبي آلياژسازي مكانيكي و اختلاط در سطح مولكولي (MLM) توليد شده و در ادامه تحت فرآيند تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي (SPS) قرارگرفته است. از روش هامر به‌عنوان يك روش متداول‌ براي سنتز گرافن اكسيد در اين پروژه استفاده شد. نتايج آزمون‌هاي XRD، FTIR، AFM، رامان و FESEM از گرافن اكسيد سنتز شده حاكي از تعداد لايه‌هاي كم در اين ماده بود. روش اختلاط در سطح مولكولي (MLM) به‌عنوان يك روش نوين در سنتز پودر نانوكامپوزيتي CuO/GO و Cu/RGO مورداستفاده قرار گرفت. بررسي نتايج آزمون‌هاي FTIR، XRD، FESEM و TEM بر روي پودرهاي سنتزشده عدم آگلومره‌شدن لايه‌هاي گرافني و توزيع همگن نانوذرات CuO و Cu بر روي آن‌ها را نشان داد. شرايط بهينه آلياژسازي مكانيكي در سرعت هم زدن rpm300، اندازه گلوله‌ي تركيبي 5 و 10 ميلي‌متر، نسبت وزني گلوله به پودر 20:1، مقدار كل پودر 10 گرم، 2 درصد وزني بنزن به‌عنوان PCA و مدت‌زمان آسيا كاري 10 ساعت به دست آمد. نتايج حاصل از آزمون XRD نشان داد كه مس در شرايط عدم حضور RGO، طي ‌زمان آلياژسازي مكانيكي 10 ساعت به‌صورت كامل در آلومينيوم حل‌ مي‌شود حال‌آنكه در حضور RGO انحلال مس در آلومينيوم محدود مي‌شود. براي انجام فرآيند SPS نيز شرايط بهينه‌ي فرآيند تف‌جوشي دماي °C500 و فشار Mpa50 و مدت‌زمان نگهداري 10 دقيقه به دست آمد. چگالي نسبي بالاي 99 درصد براي نمونه‌هاي تف‌جوشي‌شده، نشان‌دهنده‌ي متراكم‌سازي بسيار بالاي نانوكامپوزيت توليدي بودند. بررسي‌هاي ريزساختاري نمونه‌ها بعد از فرآيند تف‌جوشي با استفاده از آزمون XRD و رامان نشان‌دهنده‌ي تشكيل نانوذرات Al2Cu و عدم تشكيل فاز Al4C3 در طول فرآيند SPS بود. اين مطالب نشانگر آسيب‌ديدگي كم گرافن در طول فرآيند سنتز و درنتيجه كمك به بهبود خواص مكانيكي نانوكامپوزيت توليدي بود. در بررسي خصوصيات مكانيكي نانوكامپوزيت توليدي در حضور گرافن، بهبود خواص با افزايش درصد وزني گرافن به دست آمد. در اين خصوص در حضور 1 درصد وزني RGO، بهبود قابل‌توجهي در ميكروسختي، استحكام تسليم و استحكام نهايي نانوكامپوزيت Al-4Cu/RGO نسبت به آلياژ زمينه، به ترتيب برابر با 44% (از 78 به HV 125)، 78% (از 78 به Mpa 139) و 49% (از 215 به Mpa 320) حاصل شد. بررسي مكانيسم‌هاي استحكام‌دهي در اين نانوكامپوزيت نشان داد كه استحكام‌دهي ناشي از ريز شدن دانه‌ها بيشترين سهم در بهبود خواص مكانيكي نانوكامپوزيت توليدي را دارد. واژه‌هاي كليدي: نانوكامپوزيت، گرافن، آلومينيوم، تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي (SPS)، خواص مكانيكي، ريزساختار

191889

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي فناوري نانو - نانومواد

دكتر روح الله رحماني فرد