بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت هيبريدي پايه آلومينيوم 1050 با ذرات تقويت‌كننده Al2O3-TiC توليدشده به روش فرايند هم‌زدن اصطكاكي

كارشناسي ارشد

روش¬هاي مختلفي براي ساخت كامپوزيت¬هاي زمينه فلزي وجود دارد كه روش¬هاي حالت جامد به واسطه برتري¬هايي همچون همگن بودن ريزساختار حاصل، بيشتر مورد توجه قرار گرفته¬اند. فرايند هم¬زدن اصطكاكي (FSP ) فرايند حالت جامدي است كه براي ساخت كامپوزيت¬هاي سطحي مورد استفاده قرار مي¬گيرد. در اين پژوهش به بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت هيبريدي AA1050/〖Al〗_2 O_3-TiC توليدشده به روش FSP پرداخته شد. بدين منظور، با استفاده از FSP نانوكامپوزيت¬هاي AA1050/〖Al〗_2 O_3-TiC، AA1050/〖Al〗_2 O_3 و AA1050/TiC توليد شد و تاثير نوع ذرات تقويت¬كننده و تعداد پاس فرايند بر ريزساختار و خواص مكانيكي آن¬ها بررسي شد. براي بررسي تاثير نوع ذرات تقويت¬كننده سه نوع پودر سراميكي 〖Al〗_2 O_3 ، TiC و مخلوط پودري 50-50 از هر دو پودر، در شيار ايجاد شده بر ورق آلومينيومي اضافه شد و تحت فرايند FSP قرار گرفت. همچنين با اعمال سه تعداد پاس مختلف 1، 2 و 4 تاثير تعداد پاس فرايند بر ريزساختار و خواص مكانيكي مورد بررسي قرار گرفت. درنتيجه 9 نمونه مختلف نانوكامپوزيتي، از ورق AA1050 آنيل¬شده توليد شد و مورد بررسي قرار گرفت. همچنين براي مقايسه نتايج، 2 نمونه ديگر (آلومينيوم آنيل¬شده و آلومينيوم FSP شده) به عنوان نمونه¬هاي مرجع آماده گرديد. با ثابت در نظر گرفتن ساير پارامترها از جمله كسر حجمي ذرات تقويت¬كننده، سرعت پيش¬روي و سرعت چرخشي ابزار، تعداد پاس فرايند به عنوان پارامتر اصلي براي دستيابي به جريان مواد و توزيع ذرات مناسب معرفي شد. از طرف ديگر، هر دو پارامتر نوع ذرات تقويت-كننده و تعداد پاس فرايند به عنوان پارامترهاي تعيين¬كننده براي رسيدن به خواص مكانيكي مطلوب در نانوكامپوزيت¬ها در نظر گرفته شدند. تغييرات ريزساختار و توزيع نانوذرات اضافه¬شده به¬وسيله ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني بررسي شد. براي بررسي تشكيل احتمالي تركيبات و فازهاي جديد از پراش¬سنجي پرتو ايكس و براي شناسايي عناصر موجود در ريزساختار نمونه¬ها در بزرگنمايي بالا از طيف¬سنجي پراش انرژي استفاده شد. براي ارزيابي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت¬ها از آزمون كشش، آزمون ريزسختي ويكرز و آزمون سايش پين بر روي ديسك استفاده شد. همچنين براي بررسي سطوح شكست و سايش از ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شد. نتايج حاصل نشان داد كه فرايند FSP موجب ريزدانه شدن ريزساختار مي¬شود و اعمال پاس بيشتر منجر به ريزدانه شدن بيشتر، توزيع ذرات يكنواخت¬تر و كاهش ذرات درشت آگلومره¬شده و به دنبال آن موجب يكنواختي بيشتر خواص مكانيكي مي¬شود. وجود نانوذرات تقويت¬كننده با توزيع مناسب مانع رشد دانه شده و باعث ايجاد ريزساختار ريزدانه مي-شود. نتايج حاصل از آزمون¬هاي ريزسختي، كشش و سايش نشان داد كه هر 9 نمونه نانوكامپوزيتي خواص مكانيكي بالاتري نسبت به 2 نمونه مرجع غيركامپوزيتي داشتند و اعمال پاس بيشتر منجر به بهبود و همچنين يكنواختي خواص مكانيكي نمونه¬ها مي¬شود. نتايج آزمون كشش نشان داد كه استحكام نمونه¬هاي هيبريدي بيشتر از نمونه¬هايي كه با پودر TiC توليد شده¬اند است و استحكام نمونه¬هاي داراي TiC از نمونه¬هايي كه با پودر 〖Al〗_2 O_3 توليد شده¬اند بيشتر است. در نمونه هيبريدي با 4 پاس FSP استحكام كششي نهايي به مقدار MPa43/114 رسيد كه در مقايسه با نمونه اوليه آلومينيوم آنيل¬شده با استحكام كششي نهايي MPa35/61، استحكام كششي نهايي به ميزان 52/86% افزايش داشت. نتايج آزمون ريزسختي ويكرز نشان داد كه سختي نمونه¬هايي كه با يك نوع پودر تقويت¬كننده توليد شده¬اند تقريبا به يك اندازه مي¬باشد و سختي نمونه¬هاي هيبريدي به مقدار جزئي از آن¬ها بيشتر است. مقادير ريزسختي در نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي 4 پاسي در محدوده Hv42 تا Hv49 قرار گرفت و نسبت به ريزسختي فلز پايه حدود 39 تا 62 درصد افزايش داشت. نتايج آزمون سايش نشان داد كه مقاومت به سايش نمونه¬هاي داراي 〖Al〗_2 O_3 بيشتر از نمونه¬هاي هيبريدي و مقاومت به سايش نمونه¬هاي هيبريدي بيشتر از نمونه¬هاي داراي TiC مي¬باشد.

208680

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد

دكتر حميدرضا جعفريان - دكتر عليرضا ايواني