بهينه سازي توزيع نانوذرات در نانوكامپوزيت A356-SiCp و بررسي تأثير آن بر ريزساختار و استحكام فشاري و ارائه مدلي براي توزيع مقاوم ساز

دكتري تخصصي

نانوكامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيم نوعي كامپوزيت زمينه فلزي محسوب مي‌شوند كه در ساختارشان از تقويت كننده نانومتري يا زمينه فلزي نانوساختار برخوردار بوده و به دليل برخورداري از خواص مكانيكي بالاتر كاربردهاي بيشتر و جديدتري براي آن‌ها متصور است. خواص مكانيكي برتر آن‌ها نسبت به كامپوزيت‌هاي مرسوم موجب شده تا ساخت نانوكامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيم و ارزيابي خواصشان جزو موضوعات بروز تحقيق در حوزه علم و مهندسي مواد قلمداد شود. يكي از روش‌هاي ساده، ارزان و مورد توجه محققين براي ساخت اين مواد، روش ريختهگري گردابي اصلاح شده است. بر همين اساس، در اين رساله جنبه‌هاي مختلف اين روش براي ساخت نانوكامپوزيت ريختگي A356- SiCP مورد بررسي قرار گرفته است. در همين راستا، تأثير نوع تقويت كننده، نوع آميژان، دماي مذاب، سرعت همزدن مذاب، غلظت نانوذرات، تأثير سرعت سرد شدن بر ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي ريختگي مورد بررسي قرار گرفت. در بررسي ريزساختار از روش‌هاي مختلف OM، SEM، S/TEM، HRTEM، XRD، XPS و از روش ميكروسكوپي نيروي اتمي با پروب كلوين (SKPAFM) استفاده شد. همچنين از روش‌هاي مختلف آناليز حرارتي اختلافي (DTA) و آناليز حرارتي به كمك رايانه (CA-CCA) براي استخراج پارامترهاي انجمادي استفاده شد. خواص مكانيكي نمونه‌ها از طريق آزمايش‌هاي سختي سنجي، كشش و فشار اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد كه با تركيب روش ريخته گري اصلاح شده و انجماد تحت سرعت سرد شدن بالا، مي‌توان به توزيع يكنواخت نانوذرات SiC در زمينه آلياژ A356 دست يافت كه نتيجه آن استحكام تسليم فشاري MPa300 و استحكام فشاري MPa 1500براي نانوكامپوزيت ريختگي حاوي wt.% 1 نانوذرات است. خواص حاصله از نظر استحكام تسليم، دو برابر، و از نظر استحكام نهايي، حدود 4 برابر، بالاتر از آلياژ ريختگي است. نتايج حاصل از آزمايش S/TEM و HRTEM اثبات كرد كه دليل بروز اين خواص منحصر بفرد وجود فصل مشترك شبه هم‌سيما، تميز و بدون عيب و با استحكام بالا بين نانوذرات و زمينه است. فعاليت‌هاي مدل‌سازي تحليلي شامل (1) مدل‌سازي نحوه توزيع نانوذرات در مذاب و ارائه فرمولي براي محاسبه حداقل سرعت همزدن مذاب و (2) ارائه مكانيزمي جديد براي در بر گرفته شدن نانوذرات توسط جبهه انجماد تحت عنوان در بر گرفته شدن خوشه تر نانوذرات و استخراج فرمول‌هايي براي محاسبه سرعت بحراني جبهه انجماد و قطر بحراني خوشه‌هاي تر است. نتايج مدل‌سازي حاكي از اين است كه مدل ارائه شده براي توزيع نانوذرات در مذاب با خطاي كمتر از يك درصد توزيع نانوذرات SiC در مذاب آلياژ A356 را پيش بيني مي‌نمايد. همچنين مقايسه سرعت بحراني جبهه انجماد محاسبه شده طبق فرمول جديد با سرعت انجماد اندازه‌گيري شده در اين رساله و سرعت انجماد ارائه شده توسط ساير محققين نشان داد كه فرمول جديد نسبت به فرمول‌هاي موجود مقادير دقيق‌تري را براي سرعت بحراني جبهه انجماد پيش بيني ميكند.

195515

دانشگاه علم و صنعت ايران

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

دكتر محمد شاهميري