بخشی از مقاله
چکیده
خواص سایشی مناسب نانوکامپوزیتهای سرامیکی - فلزی در سالهای اخی ر بسیار مورد توجه بوده است . نانوکامپوزیتهای Al-Al2O3-TiB2 با استفاده از مخلوط پودرهای آلومینیوم، فروتیتانیم و اسید بوریک به عنوان مواد اولیه توسط واکنش درجا تولید شد . مواد اولیه با ترکیب Al-xFe/Al2O3-10Vol.%TiB2 به مدت 30 ساعت در یک آسیاب سایشی در اتمسفر گاز آرگون تحت آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفت . پودرهای آسیاب شده در یک کوره کنترل اتمسفر در دمای 700 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت تحت اتمسفر گاز آرگون عملیات حرارتی شد.
استحاله فازها، ریزساختار و مورفولوژی ذرات پودر آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی شده به وسیله آزمون پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از XRD علاوه بر این که سنتز پودرهای Al2O3 و TiB2 را تائید می کند، حضور برخی از فازهای ناخواسته از قبیل ترکیبات بین فلزی Al3Ti و Al13Fe4 را درون زمینه نشان می دهد، که این ترکیبات بین فلزی نشانه تجزیه اسید بوریک و فروتیتانیم می باشد. همچنین، تصاویر SEM جهت تعیین مورفولوژی ذرات و اندازه متوسط آنها استفاده شد.
.1 مقدمه
کامپوزیتهای زمینه آلومینیومی در صنایع هوا - فضا، اتومبیل و حمل و نقل به علت مدول و استحکام ویژه بالا و مقاومت به خستگی و خزش، کاربرد های بسیار زیادی دارند. مواد سرامیکی متداولی که به عنوان تقویت کننده در آلیاژهای Al بکار میرود شامل : کاربیدها، بوریدها، نیتریدها و اکسیده ا می باشند .
در بین این ذرات تقویت کننده در سالهای اخیر TiB2 به دلیل داشتن ویژگی هایی مانند سختی بالا، چگالی پایین، مقاومت به شوک حرارتی خوب، خنثی بودن از نظر شیمیایی، مقاومت به سایش و خوردگی عالی و مدول بالا کاندیدای مناسبی برای استفاده به عنوان تقویت کننده می باشد . از این گذشته، TiB2 خالص حتی در دماهای بسیار بالا به علت موانع پیرلس 1 بلندی که به طور ذاتی در برابر حرکت نابه جایی ها دارد، تغییر شکل نخواهد داد . به همین دلیل ذرات پراکنده TiB2 برای تهیه کامپوزیتهای زمینه فلزی استفاده شده است، همچنین به پایداری خوب فصل مشترک زمینه فلزی و ذرات TiB2 اشاره شده است .[4] تولید کامپوزیتهای Al/ - Al2O3 + TiB2 - در سیستم های Al-Ti-B، Al-TiO2-B و گزارش شده است .
لو و همکاران [5]، پس از آلیاژسازی مکانیکی و عملیات تف جوشی مخلوط پودر Al-4wt.%Cu-TiO2-B2O3، وجود ترکیبات Al2O3، TiB2 و Al3Ti را گزارش کرده اند . همچنین، مزایای ساخت کامپوزیتهای Al-TiB2 به روش درجا 2 مورد بررسی قرار گرفته است، که شامل تولید تقویت کننده درون زمینه هنگام ساخت کامپوزیت می باشد. در فرآیند درجا در تولید کامپوزیتهای Al-TiB2، واکنش بین Ti و B شدیدا گرمازا است و گرمای تولید شده به تشکیل
راحتتر TiB2 کمک می کند.
در این پژوهش تاثیر فروتیتانیم و اسید بوریک بر سنتز نانوکامپوزیت Al-Al2O3-TiB2 در فرآیند
آلیاژسازی مکانیکی بررسی شده است. استفاده از پودرهای فروتیتانیم و اسید بوریک به ترتیب بهجای Ti و B به همراه پودر آلومینیوم به عنوان مواد اولیه می تواند در کاهش قیمت تمام شده موثر باشد . همچنین، تجزیه فروتیتانیم به روش آلیاژسازی مکانیکی می تواند امکان اکسید شدن تیتانیم را کاه ش دهد و در فرآیند شکل گیری ذرات نانو TiB2 موثر باشد.
.2 مواد و روش تحقیق
در ابتدا پودرهای Al آزمایشگاهی با خلوص بالا - متوسط اندازه ذرات 325 مش - ، فروتیتانیم تجاری - متوسط اندازه ذرات 170 مش - و اسید بوریک - متوسط اندازه ذرات 14 مش - به عنوان مواد اولیه استفاده گردید. دو نوع ترکیب پودری با مشخصات داده شده در جدول 1 به مدت 15 دقیقه مخلوط و سپس به مدت 30 ساعت تحت آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفت . این مخلوط پودری معادل ترکیبی است که پس از عملیات سنتز حداقل در حدود 10 درصد حجمی TiB2 را شامل می شود . معادل سازی این ترکیبات پس از عملیات آلیاژسازی در جدول 1 گزارش شده است.
جدول.1 مشخصات و مقدار وزنی پودرهای مورد استفاده.
جهت تعیین ترکیب شیمیایی فروتیتانیم مورد استفاده بهروش آنالیز فلورسانس پرتو ایکس - XRF - از دستگاه Bruker, S4 PIONEER استفاده شد، که نتایج آن در جدول 2 گزارش شده است. فرآیند آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودرها به مدت 30 ساعت در یک آسیاب گلوله ای سایشی تحت اتمسفر گاز آرگون و با سرعت 585 rpm انجام شد. در این فرآیند، از گلوله های فولاد پرکروم از جنس AISI 52100 و با اندازه 10 میلیمتر و نسبت گلوله به پودر 10:1 استفاده شد . همچنین، به منظور جلوگیری از چسبیدن پودرها به جداره داخلی محفظه آسیاب و ساچمه ها و همچنین تسریع عملیات آلیاژسازی مکانیکی و ریزترشدن پودرها به میز ان 3 درصد وزنی اسید استئاریک به عنوان عامل کنترل کننده فرآیند استفاده گردید.
جدول -2 ترکیب شیمیایی فروتیتانیم های مورد استفاده برحسب درصد وزنی.
