عنوان پایان‌نامه
تهیه و مشخصه یابی کامپوزیت Al/Gr به روش متالورژی پودر پولکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1341;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79561;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1341;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79561
- تاریخ دفاع
- ۲۹ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- زهرا وزیرنژاد
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- کامپوزیت های آلومینیم/گرافیت به علت چگالی پایین و خصوصیات سایشی عالی آن ها کاربردهای بسیاری در صنایع هوافضا و اتومبیل به‌دست آورده اند. روشهای مختلفی برای تولید این کامپوزیت ها وجود دارد که در این میان، روش های حالت جامد مانند روش متالورژی پودر به دلیل دارا بودن مزایایی از قبیل کاهش واکنش های مخرب در فصل مشترک تقویت کننده و زمینه، توزیع بهتر تقویت کننده در ماتریس و امکان استفاده از بازه وسیعی از کسرحجمی ذرات، بیشتر مورد توجه قرارگرفته‌اند. در پژوهش حاضر، برای اولین بار، یک روش نسبتاً جدید با عنوان متالورژی پودر پولکی به منظور تهیه این کامپوزیت-ها مورد استفاده قرار گرفته است. در مرحله اول، دو اندازه متفاوت ذرات پودر آلومینیم در یک آسیا گلوله ای سیاره ای تا 9 ساعت آسیاکاری مکانیکی شدند. بعد از هر یک ساعت آسیاکاری به‌منظور یافتن زمان بهینه آسیاکاری و تبدیل بهینه پودرهای شبه کروی به شکل پولک در طول آسیاکاری نمونه های پودر تحت مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز سرند و آنالیز اندازه ذرات توسط پرتو لیزر قرار گرفتند. در نهایت زمان 6 ساعت برای پودر ریز و 7 ساعت برای پودر درشت به عنوان زمان بهینه آسیاکاری در نظر گرفته شد. جهت بررسی اثر اندازه پودر اولیه و زمان آسیاکاری روی مقدار کارسختی و ریزدانگی، میکروسختی پودرها در برخی فواصل زمان¬های آسیاکاری اندازه¬گیری شد. در مرحله دوم، فشرده های خام از آلومینیم اولیه و پولکی شکل حاوی درصدهای مختلف ذرات گرافیت پولکی شکل (صفر، 5 /1، 3، 5¬/4 و 6 درصدحجمی) از طریق پرس سرد در قالب فولادی در فشار 750 مگاپاسکال تهیه شدند. در تهیه نمونه های حاوی آلومینیم پولکی شکل، انباشت پودرها در قالب به نحوی انجام شد که بزرگ‌ترین سطوح آن ها در تماس با یکدیگر باشند. متعاقبا تمام نمونه ها در دمای 600 درجه سانتی-گراد در یک کوره لوله ای سینتر شدند. مطالعات میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی یک توزیع یکنواخت از ذرات گرافیت را در زمینه آلومینیم نشان داد. در مقطع عمودی (در جهت پرس) نمونه های پولکی، پولک های آلومینیم و گرافیت به شکل لایه هایی در راستای عمود بر جهت پرس منظم شده بودند. در هر دو سری نمونه های سنتی و پولکی افزایش درصد گرافیت سبب افزایش تخلخل و کاهش سختی شد، اما نمونه های پولکی علی رغم تخلخل بیشتر، سختی بالاتری از نمونه های متناظر تولید شده به روش متالورژی پودر سنتی داشتند. نتایج آزمون سایش پین روی دیسک نشان داد مقاومت به سایش اغلب نمونه های کامپوزیتی پولکی در مقایسه با نمونه های کامپوزیتی متالورژی پودر سنتی بهتر بود. نمونه های پولکی ساخته شده از پودر آلومینیم درشت سختی ، تخلخل و نرخ سایش بیشتری در مقایسه با نمونه های متناظر ساخته شده از پودر ریز با درصد مشابه گرافیت داشتند. نمونه تولید شده از پودر ریز پولکی حاوی 4/5 درصدحجمی گرافیت بهترین خواص تریبولوژیکی را از خود نشان داد به قسمی که نرخ سایش و ضریب اصطکاک این کامپوزیت به ترتیب 6 برابر کمتر و 3 برابر کمتر در مقایسه با همتای تولید شده آن از روش متالورژی پودر سنتی بود.
- Abstract
- Aluminum/graphite (Al/Gr) composites due to their low density and excellent tribological properties have gained many applications in aerospace and automobile industries. There are several methods for fabrication of these composites among which solid-state methods such as Powder Metallurgy (PM) due to their lower destructive reactions at the interface of reinforcement and matrix, better distribution of reinforcement within the matrix and the possibility of using a wide range of reinforcing particles contents are preferred. In the present study, for the first time, a relatively new technique termed as flake powder metallurgy (FPM) was utilized for processing of these composites. In the first stage, two different sized Al powder particles were mechanically milled in a planetary ball mill up to 9h. In order to find the optimum milling time and to insure proper changing of the morphology of powders from near spherical to flake shaped, after each one hour of milling powder samples were subjected to SEM, sieve analysis and laser particle size analysis. Eventually the optimum milling times for the coarse and fine Al powders were obtained as 6h and 7h respectively. The microhardness of powders were quantified at some milling time increments to investigate the effects of the initial powder size and the milling time on the extent of work hardening as well as the grain refinement occurred during milling. In the second stage, green compacts of both the as-received and flake-shaped Al Powder particles containing different percentages of flake-shaped Gr particles (0,1.5, 3, 4.5 and 6 volume percent) were prepared by cold pressing in a steel die at 750 MPa. For preparation the compacts with flake-shaped Al powders, the flakes were stacked in the die in such a way that their largest surfaces were in touch with each other. Eventually all the compacts were sintered at 600?C in a tube furnace. Optical microscopy and SEM revealed a uniform distribution of Gr particles within the matrix alloy. The vertical (along the press direction) sections of the FPM processed samples exhibited a layered structure consisting of Al and Gr particles aligned perpendicular to the press direction. The increased Gr content resulted in increased porosity as well as decreased hardness for both the PM and FPM processed samples. However, the FPM processed samples despite of their higher porosity, exhibited higher hardness values as compared with their PM counterparts. The results of pin-on-disk wearing tests confirmed superior wear resistance of the mostly FPM processed Al/Gr composites as compares with their PM counterparts. The FPM samples that were made by using coarse Al powders exhibited higher hardness and higher porosity as well as higher wear rate values as compared with their counterparts with identical Gr contents that were made by fine Al powders. The minimum wear rate was obtained for the FPM processed Al/4.5 vol.%Gr composite made by using fine Al flaks exhibited the best tribological properties among all the investiguted samples. The wear rate and friction coefficient values of this sample were respectively 6 times and 3 times lower than its PM counterpart. Keywords: Al/Gr composites, Flake Powder Metallurgy, Microstructure, Porosity, Hardness, Wear rate.
