بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، ترکیب پودری با ترکیب نزدیک به آلیاژ آلومینیوم - Al-4.5% Mg-0.5% Mn - 5083 و کامپوزیت AA5083/2%CeO2با روش آسیاکاری مکانیکی تولید شده است. پس از آن، ترکیبات پودریِ آسیا شده، به روش پرس گرم فشرده و تفجوشی شدند.
در فرآیند آلیاژسازی مکانیکی از آسیای سیاره ای با نسبت گلوله به پودر 20:1 و سرعت چرخش 300 rpm استفاده شده است.
تأثیر افزودن نانوذرات تقویت کننده - CeO2 - روی خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آلیاژ بررسی شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان - FESEM - ، توزیع مناسب نانوذرات اکسید سریم در زمینه را تأیید میکند. آزمون خوردگی، ریزسختی و فشار برای هر دو نمونه انجام شده و مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل حاکی از آن است که، با افزدون 2 درصد وزنی اکسید سریم به زمینهی آلیاژی، خواص مکانیکی بهبود یافته و مقاومت به خوردگی حفرهای افزایش چشمگیری داشته است.
مقدمه
دانسیته پایین، نسبت استحکام به وزن نسبتاً بالا، انعطافپذیری خوب و هدایت حرارتی بالا و از طرفی قیمت مناسب از ویژگیهای آلومینیوم و آلیاژهای آن است. این ویژگیهای منحصر به فرد باعث توجه صنعت به این آلیاژها شده است تا جایی که در بعضی صنایع آلیاژهای آلومینیوم جایگزین فولادها شدهاند
آلیاژهای دوتایی آلومینیوم-منیزیم که آلیاژهای غیرقابل عملیات حرارتی سری 5000 را تشکیل می دهند در کنار ویژگی های بالا دارای قابلیت جوش پذیری عالی و مقاومت به خوردگی حتی در آبهای شور هستند، به همین دلیل در صنایع دریایی، هوایی و دریایی-نظامی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از آلیاژهای این دسته، آلیاژ Al5083 است
از آنجا که آلیاژ Al5083 در محیط های دریایی نیز به کار گرفته میشود، بهبود خواص خوردگی آن برای گسترش دامنه ی کاربردهای این آلیاژ ضروری است. عنصر سریم - Ce - با عدد اتمی 58 یکی از عناصر خاکی در جدول تناوبی است. نتایج تحقیقات انجام شده روی این عنصر در زمینهی مواد فلزی منجر به معرفی آن به عنوان یک بازدارندهی کاتدی خوردگی شده است
روش های مختلفی برای تولید کامپوزیت های زمینه فلزی وجود دارد. از جمله رایج ترین این روشها، ریختهگری و متالورژی پودر است. در روش ریختهگری بالا بودن دمای فرآیند منجر به ایجاد ترکیبات ناخواسته و افزایش آلودگی می شود.
همچنین، از آنجا که نسبت سطح به حجم نانوذرات تقویت کنندهی سرامیکی بالا است و ترشوندگی آن ها در مذاب فلزی کم است، توزیع آن ها در زمینه سخت می شود و احتمال کلوخه شدن زیاد است .[4] در روش متالورژی پودر به دلیل کم تر بودن دمای فرآیند، واکنشهای فصل مشترکِ زمینه و تقویت کننده محدود میشود. از طرفی با روش متالورژی پودر امکان تولید کامپوزیتهایی که با دیگر روشها قابل تولید نیستند - مثل - Ti/SiC وجود دارد. مزیت دیگر این روش یکنواختی در توزیع تقویت کننده است
مواد و روش تحقیق
پودرهای آلومینیوم - 56 ʽm - منیزیم - - 98 ʽm و منگنز - - 10 ʽm برای تولید آلیاژ Al-4.5% - 5083 - Mg-0.5% Mn به مدت 20 ساعت آسیا شدند. برای به دست آمدن کامپوزیت AA5083/2 wt.%CeO2، پودر اکسید سریم - 40 nm - نیز به ترکیب قبلی اضافه شد و تحت آسیاکاری قرار گرفت. فرآیند آسیاکاری در دمای اتاق و تحت اتمسفر آرگون در آسیای گلوله ای سیاره ای با محافظ فولادی انجام شد. برای خردایش بهتر از دو اندازه گلوله به قطرهای 20 mm و 10 استفاده شد و نسبت وزنی گلوله به پودر 20:1 و سرعت چرخش دیسک 300 rpm انتخاب شد. برای جلوگیری از جوش سرد بین ذرات پودری، 2 درصد وزنی اسید استئاریک به عنوان کنترل کنندهی فرآیند به مخلوط پودری اولیه افزوده شد.
برای ساخت نمونه ها به روش پرس گرم لازم بود ابتدا اسید استئاریک از ترکیبات پودری آسیا شده خارج شود. بدین منظور، این ترکیبات پودری به مدت 1 ساعت تحت گاز آرگون در دمای 380 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. ترکیبات گاززدایی شده، در قالبی به قطر 43 mm با فشار 500 Mpa فشرده شدند. قرص های حاصل، به مدت 30 دقیقه تحت خلاء در دمای 515 درجه سانتی گراد قرار گرفتند و پس از آن به مدت 15 دقیقه در همان دما تحت بار تک محور 100 Mpa قرار گرفتند.
برای بررسیهای ریزساختاری، خواص مکانیکی و خوردگی نمونهها، مقطع داخلی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها تا سنباده گرید 2000 سنباده زنی شدند و پولیش نهایی با پودر آلومینای 0/3 میکرون انجام شد. برای بررسی توزیع نانوذرات اکسید سریم از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان - FESEM - مدل MIRA3 TESCAN استفاده شد. سختی سنجی نمونهها با دستگاه ریزسختی سنج ویکرز انجام شد. برای آزمون فشار نمونههای سیلندری مطابق با استاندارد ASTM E9 با نسبت قطر به طول 1/5 آماده شد. برای بررسی اثر نانوذرات CeO2 بر رفتار خوردگی آلیاژ، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول استاندارد 3/5% NaCl در محدوده ولتاژ -2 تا 0/5 ولت با سرعت روبش 0/5 mV/s در دمای اتاق روی نمونهها انجام شد.
نتایج و بحث ریزساختار
از نکات حائز اهمیت در تولید کامپوزیت، توزیع یکنواخت ذرات تقویت کننده در زمینه است. با توجه به ماهیت آلیاژسازی مکانیکی انتظار می رود با این روش تولید ذرات تقویت کننده توزیع مناسبی داشته باشند. شکل 1 تصاویر FESEM زمینه آلیاژی 5083 و نانوکامپوزیت Al5083/2%CeO2 را نشان می دهد. مطابق شکل توزیع ذرات کامپوزیتی کاملاً یکنواخت است. این یکنواخت بودن توزیع باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت میشود.
