عنوان پایان‌نامه
تهیه ومشخصه یابی کامپوزیت به روش متالورز ی پولکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1134;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65066
- تاریخ دفاع
- ۱۲ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- پریسا افتخاری میلانی
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- کامپوزیت های Al-Al2O3 به دلیل چگالی پایین و خواص مکانیکی مطلوب مورد توجه صنایع خودروسازی و هوافضا قرار گرفته اند. در میان روش های مختلف برا ی تولید این کامپوزیت ها، روش های حالت جامد مانند روش متالورژی پودر به دلیل دارا بودن مزایایی از قبیل کاهش واکنش های مخرب در فصل مشترک سرامیک/زمینه، توزیع بهتر تقویت کننده در آلیاژ ماتریس و امکان استفاده از بازه وسیعی از ذرات تقویت کننده، بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر از یک روش جدید، با عنوان متالورژی پودر پولکی برای تهیه کامپوزیت های Al-Al2O3 استفاده شد. به منظور تهیه کامپوزیت ها از دو بازه اندازه پودرهای آلومینیم خالص تجارتی به عنوان فاز زمینه و درصدهای حجمی مختلف (3، 6 و9 درصد) پودر آلومینا با دو اندازه متفاوت ذرات (1 و 3 میکرومتری) به عنوان فاز تقویت کننده استفاده شد. ابتدا پودرهای آلومینیم اولیه در یک آسیای سیاره ای به مدت زمان های مختلف 5/0، 1، 5/1 و2 ساعت آسیاکاری شدند و با استفاده از سرند، میکروسکوپ نوری و الکترونی، اندازه و مورفولوژی پودرهای پولکی آسیاشده مشخص گردید. مدت زمان بهینه مورد نیاز برای حصول حداکثر نسبت سطح به ضخامت پودرهای پولکی 5/1 ساعت در نظر گرفته شد. قالب توخالی توسط پودرها با استفاده از ستون سیال هوا یا الکل پر شد. سپس پودرها در فشار 750 مگاپاسکال تحت پرس سرد قرار گرفته و در یک کوره تیوبی در دمای 655 درجه سانتی گراد به مدت 60 دقیقه تحت عملیات سینترینگ قرار گرفتند. به منظور مقایسه، نمونه های شاهد از پودر های آلومینیم اولیه شبه کروی و همچنین پودرهای آلومینیم 5/1 ساعت آسیاکاری شده بدون ذرات آلومینا نیز تهیه شدند. تاثیر اندازه ذرات آلومینیم و آلومینا و میزان آلومینا بر ریزساختار، تخلخل و میکروسختی و سختی نمونه های سینتر شده مورد بررسی قرار گرفت. بعلاوه برخی از نمونه ها تحت آزمون سایش قرار گرفتند. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که پودرهای پولکی در جهتی که بزرگترین سطحشان در تماس با یکدیگر باشد روی هم قرار گرفته اند. میکروسختی و سختی نمونه های آلومینیم سینترشده تولید شده از پولک ها علی رغم تخلخل بیشتر آن ها در مقایسه با نمونه های آلومینیم تولید شده از پودرهای شبه کروی بالاتر است. روش انباشت (ستون سیال هوا یا الکل) تاثیر چندانی بر خواص نمونه های سینترشده نداشته است. در ضمن در نمونه های کامپوزیتی تخلخل بیشتر از نمونه های آلومینیم سینترشده بوده و با افزایش کسرحجمی ذرات آلومینا، تخلخل افزایش می یابد. همچنین، نمونه های حاوی ذرات آلومینای ریزتر تخلخل کمتری از خود نشان دادند. نتایج سختی سنجی حاکی از بالاتر بودن سختی تمامی نمونه های کامپوزیتی تهیه از پولک ها نسبت به نمونه های کامپوزیتی تولید شده از پودرهای شبه کروی با میزان آلومینای یکسان است. همچنین با افزایش میزان آلومینا، سختی کامپوزیت ها بالا می رود. بعلاوه، کامپوزیت های حاوی ذرات آلومینای ریز عموما سختی بالاتری در مقایسه با نمونه های کامپوزیتی حاوی آلومینای درشت از خود نشان داده اند، اما تاثیر ذرات آلومینای درشت تر در افزایش سختی کامپوزیت ها بیشتر گزارش شد. نتایج آزمون سایش نشان داد که میزان کاهش وزن نمونه در اثر سایش و ضریب اصطکاک متوسط با افزایش میزان آلومینا، کاهش می یابد. بعلاوه، هر دوی این مقادیر برای نمونه های تهیه شده از پودرهای پولکی آلومینیم پایین تر از نمونه های مشابه تهیه شده از پودرهای شبه کروی هستند. کلمات کلیدی : کامپوزیت های Al-Al2O3، متالورژی پودر پولکی، ریزساختار، تخلخل، میکروسختی، سختی، آزمون سایش.
- Abstract
- Al-Al2O3 composites, due to their light weight and good mechanical properties have been attracted by automotive and aerospace industries. Among the several methods available for fabrication of these composites, solid-state methods such as Powder Metallurgy due to their lower destructive reactions at the interface of matrix and reinforcement, better distribution of reinforcement within the matrix alloy and the possibility of using a wide range of reinforcing materials are preferred. In the present study, a new method termed as Flake Powder Metallurgy was utilized for processing of Al-Al2O3 composites. For preparation of these composites, two different sized aluminum powders as well as different volume percents (3, 6 and 9%) of two different sized (1 and 3µm) of alumina particles were employed. At first, the as-received aluminum powders were milled in a planetary ball mill for different times (0.5, 1, 1.5, 2h), and the milled flake powders were characterized by sieving, SEM and optical microscopy to determine their size and morphology. It was found that the optimum milling time for gaining the maximum surface to thickness ratio of the flake powders was 1.5h. The mold cavity was filled with powders using a floating column containing either air or alcohol. Then the powders were cold pressed at 750 MPa and sintered in a tube furnace at 655 ?C for 60 min. For the purpose of comparison, reference samples from as-received semi-spherical powders and also 1.5h milled aluminum powders without alumina particles addition were also fabricated. The effect of aluminum size as well as alumina size and volume fraction on the microstructure, porosity, micro-hardness and hardness of the sintered samples were investigated. Moreover, some samples were subjected to tribological tests. The results confirmed that the flake powders were consolidated in such a way that their largest surfaces were in contact to each other. The micro-hardness and hardness of the sintered aluminum samples fabricated by flake powders, exhibited higher hardness values despite of their higher porosity as compared with samples prepared by semi-spherical powders. The procedure of filling the mold cavity (using air or alcohol floating column) did not have any considerable effect on the properties of the sintered materials. The composite samples were more porous than the monolithic ones and their porosity was increased by increasing the volume fraction of alumina particles. Moreover, the composites containing smaller sized alumina particles exhibited lower porosity values. The hardness values of the composites fabricated by flake aluminum powders were higher than the composites produced by semi-spherical powders at identical alumina loadings. The increased alumina content resulted in increased hardness of composites. In addition, the composites containing smaller sized alumina particles exhibited higher hardness values as compared with their counterparts containing larger particles. However, the effect of coarser alumina particles in increasing the hardness of composites was more pronounced. The wear test results confirmed that both the wear weight loss and the friction coefficient of the samples decreased by increasing the alumina content. In addition both of these values were lower for the samples made by aluminum flake powders as compared with their counterparts made by semi-spherical powders. Keywords: Al-Al2O3 composites, Flake Powder Metallurgy, Microstructure, Porosity, Micro-hardness, Hardness, Wear test.
