ساخت و بررسی خواص نانو کامپوزیت سطحی Al SiO2 (np)  توسط فرآیند  …

ساخت و بررسی خواص نانو کامپوزیت سطحی Al SiO2 (np) توسط فرآیند …

موریسادا و همکارانش بر روی صفحات AZ31 شیارهایی ایجاد کردند و آن ها را با ذرات سیلیسیم کاربید و نانولوله های کربنی پر کردند و کامپوزیت های لایه ای ضخیم با دانه های ریزی را ایجاد نمودند که سختی و پایداری شیمیایی بالاتری نسبت به حالت پایه داشتند[۹].
امین ربیعی زاده و همکارانش با تولید نانو کامپوزیت سطحی آلومینیوم / نانو لوله کربنی(Al-CNT) توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی و تغییر تعداد پاس ها متوجه شدند که سختی در سطح کامپوزیت تولید شده پس ازچهار پاس ۱۹۵ ویکرز است که دو برابر سخت تر نسبت به آلیاژ پایه آلومینیوم می باشد[۱۰].
عزیزیه و همکارانش با اثر سرعت چرخشی بر ریز ساختار و سختی نانو کامپوزیت سطحی AZ31/Al2Oایجاد شده توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی را بررسی کرده و دریافتند که با افزایش سرعت چرخشی به دلیل ایجاد حرارت بیشتر، اندازه دانه ها در فلز پایه افزایش یافته و توزیع نانو ذرات بهبود یافته است[۱۱].
دولت خواه و همکارانش با ساخت کامپوزیت Al5052/SiC توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی دریافتند که با تغییر جهت ابزار چرخش در بین مراحل فرآیند و افزایش تعداد مراحل و کاهش اندازه ذرات SiC ویژگی های سطحی بهبود و سختی افزایش مییابد[۱۲].
هسو و همکارانش از فرآیند FSP به منظور تولید آلیاژ زمینه آلومینیومی از پودر مس و پودر تیتانیوم استفاده کردند و به بررسی فازهای بین فلزی پرداختند و فازهای بین فلزی Al2Cu و Al3Ti که در حین فرآیند FSP به صورت درجا تشکیل شدند را تشخیص داده و مشخص کردند، در صد حجمی این فازها که به صورت درجا تشکیل شده اند بیش از نیم درصد می باشد. همچنین آنها با بررسی خواص قطعه تولید شده نشان دادند که قطعه حاصل بسیار متراکم و از استحکام بالایی برخوردار می باشد[۱۳].
لی و همکارانش پودر آلومینیوم و پودر آهن که با ترکیب Al-10 at%Fe مخلوط شده بودند را تحت فشار قرار داده، سپس تفت جوشی کردند و فرآیندFSP را روی شمش انجام دادند. با استفاده از میکروسکوپ TEM ذرات فاز ثانویه نانو را که از نوع AL13Feبودند و به صورت یکنواخت در زمینه ی آلومینیومی توزیع شده بودند را مشاهده کردند. همچنین با بررسی خواص مکانیکی متوجه شدند که مدول قطعه به ۹۱ گیگاپاسکال افزایش یافته و همچنین استحکام کششی ماده به ۲۱۷ مگاپاسکال افزایش یافته است[۲].
یو و همکارانش پودر آلومینیوم و پودر SiOرا که هر دو در ابعاد میکرون بودند را به صورت Al-10 wt%SiO2 مخلوط کردند و در فشار ۲۵۰ مگاپاسکال قرار دادند و سپس در دمای ۸۳۷ درجه سانتی گراد در اتمسفر آرگون آن را تفت جوشی کردند و بعد از آن شمش بدست آمده را تحت فرایند FSP قرار دادند . عکس هایی که توسط میکروسکوپ TEM گرفته شد ذرات Al2O3که طی واکنش بین پودر آلومینیوم و پودر سیلیکا در دمای بالا طی فرایند FSP بوده است را نشان می دهد .در بررسی ریز ساختار مشاهده کردند که ذرات Al2O3 اساسا دارای ابعاد نانو می باشد و یک پراکندگی خوب را در زمینه دارند که توسط حرکت چرخشی در فرایند FSP به وجود آمده است.این کامپوزیت از مقاومت کششی قابل توجه ای برخوردار است همچنین دارای شکل پذیری خوبی می باشد. همچنین در آنالیز فازی مشخص شد که واکنش بین پودر آلومینیوم و پودر SiO2 با سرعت چرخش ابزار FSP افزایش یافته و با افزایش سرعت حرکت خطی ابزار روی قطعه کاهش پیدا می کند[۱۴].

شکل ۱- تصویرTEM از نانو Al2O3 تشکیل شده طی فرایند FSP کامپوزیت آلومینیوم با ذرات تقویت کننده SiO2[14].

هسو و همکارانش با استفاده از پودر آلومینیوم و پودر تیتانیوم با استفاده از فشار بالا شمش هایی را ساختند و سپس عملیات FSP را بر روی شمش اجرا کردند. سپس با بررسی ریز ساختار متوجه شدند تقریبا ۵۰% ریز ساختار را ذرات نانومتری Al3Ti تشکیل داده اند که سبب افزایش مدول و استحکام شده است[۱۵].
لی و همکارانش ذرات نانو SiO2 را به آلیاژ AZ61 اضافه نمودند و توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی کامپوزیت AZ61/SiO2 تولید کردند و دریافتند که ذرات دارای پراکندگی مناسبی هستند و یک کامپوزیت ریز دانه ای را تشکیل داده اند و توانستند از این کامپوزیت خاصیت سوپر پلاستیک بگیرند[۱۶].
هامودا و همکارانش با ساخت کامپوزیت Al/SiO2 توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی دریافتند که با افزایش SiO2 معمولا سختی کامپوزیت افزایش پیدا کرده و خاصیت کششی کامپوزیت کاهش پیدا میکند ، و به بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت پرداخته اند[۱۷].
خیامین و همکارانش بر روی ورق های AZ91 شیاری ایجاد کرده، آن را با نانو ذرات SiO2 پر کردند و در نهایت توسط فرآیند FSP نانو کامپوزیت AZ91/SiOرا تولید کردند. کوچکترین اندازه دانه بدست آمده در این فرایند ۸ میکرومتر بود و افزایش سختی مناسبی را نسبت فلز پایه داشت[۱۸].
تئوری تحقیق
یکی از روشهای نوین صنعت جوشکاری که در دهه اخیر توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است، استفاده از فرایندهای جوشکاری حالت جامد میباشد، در این میان جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند جوشکاری حالت جامد است که در سال ۱۹۹۱ میلادی توسط موسسه جوشکاری انگلستان TWI ابداع شد. در عملیات اصطکاکی اغتشاشی از تکنیک های مهندسی سطح برگرفته شده است این روش مستلزم فرو رفتن یک ابزار در حال چرخش به داخل درز جوش و حرکت آن در طول درز جوش میباشد. به این ترتیب ماده در اثر گرمای اصطکاکی بین ابزار و ماده، سیلان یافته و درز جوش را پر میکند. ریزساختار جوش حاصل شامل ناحیه همزده (۱SZ)، ناحیه تحت تأثیر عملیات ترمومکانیکی(۲TMAZ) و ناحیه تحت تأثیر حرارت(۳HAZ) میباشد که در شکل۳ نشان داده شده است:

این مطلب را هم بخوانید :  تحقیق - رابطه بین سنخهای شخصیتی با خودکارآمدی در معلمان شهرستان عنبرآباد- قسمت ۲۹

شکل۲-تصویر مناطق مختلف ناحیه جوش در فرآیند FSW[19].

۱-Stirred Zone(SZ)
۲-Thermo- mechanically Affected Zone(TMAZ)
۳-Heat Affected Zone(HAZ)
در ناحیه همزده، تغییر شکل شدید و حرارت بالای ناشی از اصطکاک اغلب از طریق تبلورمجدد دینامیکی سبب تولید ریزساختار ریزدانه میشود. در ناحیه متأثر از عملیات ترمومکانیکی نیز دمای نسبتا بالا و تغییر شکل را تجربه کرده، ولی به دلیل کرنش ناکافی به جای تبلور مجدد، بازیابی دینامیکی اتفاق میافتد. در ناحیه متأثر از حرارت، ریزساختار و خواص مکانیکی ماده در نتیجه حرارت ورودی جوش تغییر مییابد، بدون اینکه دچار تغییر شکل مکانیکی شده باشد[۱۹].
در این روش از یک ابزار کار استوانه ای شکل که یک پین برآمده در نوک آن قرار دارد برای جوشکاری استفاده می شود. پین در درز اتصال فرو رفته و ابزار در حال دوران در امتداد خط اتصال رو به جلو حرکت داده می شود و به این ترتیب عمل جوشکاری انجام می شود که در شکل ۳ تصویر شماتیک از روند این روش آورده شده است[۱۹].

دانلود متن کامل پایان نامه در سایت jemo.ir موجود است

شکل۳-تصویر شماتیک از فرآیندFSW[20].

در این روش برای اتصال دو ورق از یک ابزار چرخان غیر مصرفی که از جنس ماده ای سخت تر از دو فلزی که به هم جوش داده می شوند استفاده می شود این ابزار غیر مصرفی چرخان شامل دو قسمت پین و شانه می باشد که موقعیت قرار گیری این پین روی شانه با طراحی خاص می باشد با نفوذ پین به درون خط واصل دو قطعه و حرکت به سمت جلو دو قطعه به یکدیگر متصل می شوند. وظیفه ابزار بالا بردن دما به صورت موضعی و جریان ماده برای ایجاد اتصال می باشد[۱۶].
فرآیند اصطکاکی اغتشاشیFSP برای بهبود ریز ساختار مواد فلزی مورد استفاده قرار گرفته است.این فرآیند مشابه FSW می باشد و برای بهبود خواص سطحی به کار می رود. به عبارتی FSP یک تکنیکی برای ایجاد کامپوزیت های سطحی، همگن کردن آلیاژهایی که به روش متالورژی پودر تولید شده و بهبود ریزساختاری کامپوزیت های زمینه فلزی می باشد[۵].
در طی این فرآیند به دلیل حرارت ناشی از اصطکاک بین ابزار و قطعه کار،تغییر فرم پلاستیک شدید در قطعه کار ایجاد می شود و به دلیل تبلور مجدد مکانیکی ریز ساختار نهایی قطعه شامل دانه های ریز و هم محور می باشد[۱۶].
هدف تحقیق
مقاومت پایین در برابر سایش به طور قابل ملاحظهای سبب محدودیت در کاربرد آلومینیم و آلیاژ های آن شده، بنابراین با تولید کامپوزیت های سطحی زمینه آلومینیم میتوان مقاومت به سایش بیشتری را انتظار داشت.
در این تحقیق به طور کلی هدف افزایش استحکام، سختی، مقاومت به سایش و بهود خواص سطحی آلومینیوم خالص تجاری می باشد که با ایجاد یک لایه کامپوزیتی در سطح به وسیله نانو ذرات SiO2 توسط فرایند اصطکاکی اغتشاشی حاصل خواهد شد. در ساخت این نانوکامپوزیت، از نانو ذرات SiO2 با درصد حجمی ۲ تا ۸ استفاده خواهد شد و در نهایت به بررسی خواص آن پرداخته می شود.