بررسي اثر زمان آسياکار و دما تف جوشي بر ريزساختار و خواص مکانيکي کامپوزيت
Al/SiC توليد شده به روش متالورژ پودر نفیسه طلاوري1، خلیل اﷲ قیصري2* و محسن ریحانیان3

چکيده
امروزه کامپوزیت هاي زمینه فلزي به خاطر خواص مکانیکی و مقاومت به سایش مناسب، توجه زیادي را به خود معطوف کرده است. در این تحقیق، تاثیر زمان آسیاکاري و دماي تف جوشی بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات SiC مورد بررسی قرار گرفت. پودرهاي آلومینیوم و کاربید سیلیسیوم، در زمانهاي متفاوت 5/0، 1 ، 2 ، 4 و 8 ساعت، تحت اتمسفر گاز آرگون با نسبت حجمی 20 درصد فاز تقویت کننده در آسیاي گلولهاي سیارهاي ،آسیاکاري شدند. سپس مخلوط به دست آمده در فشار 500 مگاپاسکال در دماي محیط به صورت سرد فشرده و به شکلهاي قرص و استوانه تولید شد. با بررسی خواص ریزساختاري نمونه ها، زمان بهینه آسیاکاري تعیین شد. پس از تعیین زمان مناسب آسیاکاري، نمونه ها در کپسولهاي کوچکی محبوس و به مدت 1 ساعت در دماهاي 400، 450، 500، 550 و 600 درجه سانتیگراد تف جوشی شدند. به منظور بررسی مورفولوژي و توزیع ذرات تقویت کننده در زمینه، از میکروسکوپ الکترونی روبشی و براي بررسی خواص مکانیکی و تریبولوژیکی کامپوزیت ها از آزمون سختیسنجی و سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که زمان بهینه براي آسیاکاري 8 ساعت و دماي بهینه تفجوشی C6000 است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دماي تف جوشی، سختی، چگالی و مقاومت به سایش افزایش مییابد.

واژهها کليد : آسیاکاري مکانیکی، زمان آسیاکاري، دماي تف جوشی، مقاومت سایشی، کامپوزیت Al/SiC

– دانشجوي کارشناسی ارشد رشته شناسایی و انتخاب مواد، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد.
– استادیار، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد.
– دانشیار، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد.
[email protected] :نویسنده مسئول مقاله -⃰

پيشگفتار
روي هم رفته، یک کامپوزیت، مخلوطی از دو یا چند مادة گوناگون است که همراه با حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اجزاي خود، در مجموع از خواص بهتري نسبت به هر یک از اجزا تشکیل دهندهاش برخوردار است. بر مبناي یک تقسیم بندي، کامپوزیتها به سه دسته کامپوزیت هاي زمینه فلزي، کامپوزیت هاي زمینه پلیمري و کامپوزیت هاي زمینه سرامیکی تقسیم بندي می شوند. از این میان، کامپوزیت هاي زمینه فلزي به خاطر خواص مکانیکی و مقاومت به سایش خوب، توجهی زیاد را به خود معطوف کرده است[1].
از میان همه کامپوزیت هاي زمینه فلزي، آلومینیوم به خاطر چگالی پایین، چقرمگی بالا، و مقاومت به خوردگی ،گستردهترین استفاده را به عنوان فاز زمینه دارد. در سالهاي اخیر، ساخت کامپوزیتهاي زمینه آلومینیومی به روشهاي گوناگون مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است [2-15]. در این کامپوزیتها، ذرات سرامیکی اغلب به عنوان تقویت کننده مورد استفاده قرار میگیرد. از میان ذرات سرامیکی، 3Al2O و SiC بیشترین استفاده را به خود اختصاص داده است. مقاومت به سایش آلومینیوم میتواند با افزودن این ذرات سرامیکی افزایش یابد. این کامپوزیت ها براي افزایش مقاومت حرارتی و مقابله با تنش هاي حرارتی بالا [2و3] و همچنین، افزایش مقاومت به سایش [6و5] تولید شده است. افزون بر SiC و3Al2O ، ذرات تقویت کننده دیگري نظیر TiB2 ،[7] TiC[8] و B4C [9] در سالهاي اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است.
در میان ذرات تقویت کننده،SiC جایگاهی ویـژه دارد.
گزارشهاي علمی نشان داده اند که اسـتفاده از ایـن جـزءتقویت کننده، باعث افـزایش در مـدول یانـگ و اسـتحکامکشــشی کامپوزیــت [14-10]، مقاومــت بــه خــستگی[15،14و12]، افزایش سـختی [16،12و 10] و افـزایش دررفتار سایشی [17] میشود. اما چکشخـواري و چقرمگـیکامپوزیتهـا را کـاهش مـیدهـد [11و10]. بـا توجـه بـهویژگیهاي یاد شده، این کامپوزیتها میتوانـد در صـنایعهوافضا، اتومبیل سازي، صنایع نظامی و تولیدات غیرنظـامیمورد استفاده قرار گیرد.
در بین روش هاي گوناگون تولید کامپوزیتها، متالورژي پودر یکی از برجستهترین روشهاي تولید کامپوزیـت هـايزمینه فلزي بشمار می رود. از مزیـتهـاي روش متـالورژيپودر می توان به امکان تولید کامپوزیت هایی اشاره کرد کـه به روشهاي دیگـر قابـل تولیـد نیـست (مثـل کامپوزیـتTi/SiC)[2]. یکنـواختی در توزی ع ذرات تقوی ت کنن ده ،توانایی تولید نمونههایی بـا هندسـهاي نزدیـک بـه شـکلنهایی و قیمت پایین از دیگر مزیتهـاي ایـن روش بـشمارمیرود[2].
در این مطالعه کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با 20 درصد حجمی SiC به روش متالورژي پودر تولید شد. ریزساختار نمونههاي تولیدي به صورت تابعی از زمان آسیاکاري، همچنین سختی و مقاومت به سایش به صورت تابعی از دماي تف جوشی مورد بررسی قرار گرفت.

روش آزمايش
براي انجام فرآیند آسیاکاري، پودرهاي آلومینیوم و کاربید سیلیسیم مورد استفاده قرار گرفت. پودر آلومینیوم با خلوص 99/99% با میانگین اندازه ذرات 100 میکرومتر با اشکالی نامنظم و پودر کاربید سیلیسوم با میانگین اندازه ذرات 50 میکرومتر با توزیع اندازه ذراتی محدود و اشکالی تقریباً مشابه با سطوح خارجی تخت استفاده شد.
ریخت شناسی پودرها در شکل 1 نشان داده شده است.
مخلوط و در زمانهاي 5/0، 1 ، 2 ، 4 و 8 ساعت با نسبت وزنی گلوله به پودر 15 به 1 در اتمسفر گاز آرگون آسیا شد. بمنظور جلوگیري از جوش سرد بین ذرات پودر، از مخلوط استئارات روي(2/0 درصد وزنی) به عنوان کنترل کننده فرایند استفاده شد. بمنظور شناسایی فازهاي موجود در محصول پس از مرحله آلیاژسازي مکانیکی و پیش از فشرده سازي، از روش پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد.

پودرهاي آلومینیوم با نسبت حجمی 5 به 1 با پودرهاي کاربید سیلیسوم (20 درصد حجمی فاز تقویت کننده) مخلوط و در زمانهاي 5/0، 1 ، 2 ، 4 و 8 ساعت با نسبت وزنی گلوله به پودر 15 به 1 تحت اتمسفر گاز آرگون آسیا شد. بمنظور جلوگیري از جوش سرد بین ذرات پودر، از مخلوط استئارات روي به عنوان کنترل کننده فرایند1 استفاده شد. بمنظور شناسایی فازهاي موجود در محصول پس از مرحله آلیاژسازي مکانیکی و پیش از فشرده سازي، از روش پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد.
مخلوط پودر بدست آمده از مرحله آسیاکاري پس از پیش گرم در دماي C0 180، با فشار MPa500 به صورت تک محوري درون قالبی استوانه اي شکل به قطر mm10 تحت فشار سرد قرار گرفت. سپس بمنظور تعیین بهترین زمان آسیاکاري با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، ریزساختار کامپوزیت ها در زمان هاي متفاوت آسیاکاري ارزیابی گردید. همچنین، براي اندازه گیري چگالی از روش ارشمیدس استفاده شد.
پس از تعیین بهترین زمان آسیاکاري، نمونههاي استوانهاي شکل تولیدي با قطر mm10 در کپسولهاي شیشه اي کوچکی محبوس و مدت 1 ساعت در دماهاي 400، 450، 500، 550 و 600 درجه سانتی گراد

2 -Particle Free Zone (PFZ)
1 Process Control Agent (PCA)

ب

الف

100
μ
m

10
μ
m

ب



قیمت: تومان


پاسخ دهید