بخشی از مقاله
مقدمه
کامپوزیتهای چند لایه Ti-Al به دلیل داشتن برخی ویژگیهای برجسته از نظر خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی و سبک وزنی، دارای جایگاه خاصی در کاربردهای صنعتی می باشند. این کامپوزیتها از لحاظ اقتصادی از فلز تیتانیم خالص مقرون به صرفهتر میباشند چون طبیعتاً قیمت آلومینیم بکار رفته در ساخت کامپوزیت تیتانیم - آلومینیم نسبت به تیتانیم پایین تر می باشد، لذا در کل قیمت کامپوزیت حاصل کمتر از قیمت تیتانیم با ابعاد مشابه با همان کامپوزیت می باشد - Yang, Cizek, . - Hodgson, Wen, 2010 در سالهای اخیر اتصال به روش نورد تجمعی به طور موفقیت آمیز برای تولید کامپوزیت با فلزات غیر هم جنس مانند - Yang et al, 2010; Yang, Hodgson Wen,2009; - Ti-Al ، - Acoff, Zhang, 2007 - Ti -Al-Nb و همچنین کامپوزیت با یک فلز خاص که توسط ذرات سرامیکی مانند کاربید سیلیسیم - Alizadeh, Paydar, Terada, Tsuji, - 2011; Darmiani, Danaee, Golozar, Toroghinejad, 2013، کاربید بور - - Alizadeh, Paydar, Sharifian Jazi, 2013 تقویت شده، مورد استفاده قرار گرفته است. تا به امروز تحقیقات قابل ملاحظهای در خصوص ساخت کامپوزیت چند لایه تیتانیم - آلومینیم تقویت شده با ذرات صورت نگرفته است - شرفی، قدس، زبرجد، . - 1390 لذا در تحقیق حاضر با استفاده از اتصال دهی به روش نورد تجمعی کامپوزیت مذکور همراه با ذرات افزوده شده TiC فرآوری شده و هدف اصلی بررسی تاثیر این ذرات بر سطح استحکام و برخی مشخصه های آن کامپوزیت می باشد.
مواد و روش تحقیق
برای ساخت این کامپوزیت ابتدا دو ورق آلومینیم و یک ورق تیتانیم به ترتیب با ابعاد 12×6×1 و 12×6×0.3 برشکاری شدند. برای ساندویچ اولیه، بین دو ورق آلومینیم ورق تیتانیم قرار داده شد و در بین ورقهای آلومینیم و تیتانیم نیز ذرات TiC، اضافه گردید. در تهیه ساندویچ اولیه هر دو سطح تیتانیم و تنها یک سطح ورق آلومینیمی تحت عملیات آمادهسازی سطحی قرار گرفتند. سطوح اتصال این ورقها ابتدا توسط آب و صابون و سپس با استون چربیزدایی شدند و در پایان به منظور از بین بردن اکسیدهای سطحی و ایجاد زبری مناسب برسکاری شدند. در مرحله اول تولید کامپوزیت، پس از آمادهسازی سطح، 1 درصد پودر TiC به صورت تقریبا یکنواخت بین لایههای آلومینیم و تیتانیم پراکنده گردید و سپس ورقها با سیمهای فولادی به صورت کاملاً محکم به یکدیگر بسته شدند و به مدت 10 دقیقه در دمای 150 درجه سانتیگراد تحت عملیات پیشگرم قرار گرفتند. در پایان بر روی این لایههای چیده شده عملیات نورد اعمال شد. لازم به ذکر است که افزودن پودر تنها برای تهیه ساندویچ اولیه صورت گرفت. پس از تهیه ساندویچ اولیه، ورقها از وسط نصف شده و بدون افزودن پودر روی یکدیگر قرار داده شدند و بعد از پیشگرم در دمای 150 درجه سانتیگراد نورد شدند. که این مرحله تحت عنوان مرحله دوم در نظر گرفته میشود. این مرحله تا شش سیکل انجام شد. اصول کلی این فرایند در شکل 1 نمایش داده شده است.
نتایج و بحث
بررسی های ریز ساختاری
جهت بررسی تحولات ریزساختاری، نحوه توزیع ذرات پودری و همچنین توزیع تقویت کننده لایهای تیتانیم در پاسهای مختلف از میکروسکوپ نوری استفاده شد. همان طور که از شکل - a - 2 و - b - 2 مشخص است برای کامپوزیت با پودر تقویت شده در ساندویچ اولیه تنها گلویی اتفاق افتاده ولی برای نمونه بدون پودر شکست و جدایش کاملا مشهود است. با توجه به شکل - c - 2 لایه-های تیتانیم بسیار طویل را برای کامپوزیت با پودر تقویت شده در مقایسه با لایههای تیتانیم بدون پودر میتوان در پاس دوم مشاهده کرد. عدم شکست و جدایش لایههای تیتانیم در ساندویچ اولیه و وجود لایههای طویل تیتانیم در پاس دوم برای کامپوزیت با پودر تقویت شده را به وجود این ذرات میتوان نسبت داد. بررسیهای مشابه نشان داده که حضور ذرات موجب کاهش میزان تغییر شکل آستانه در کامپوزیت می گردد - . - Jamaati, Toroghinejad, 2011
همچنین با توجه به این ریزساختار هیچ گونه توزیعی از ذرات TiC به جز راستای نورد و در کنار لایههای تیتانیم نمیتوان مشاهده کرد. در منابع علمی برای تشکیل پیوند بین لایههای فلزی چهار تئوری ارائه شده که مهمترین آنها تئوری فیلم میباشد . - Li, Nagai, Yin,2008 - بر اساس این تئوری لایههای اکسید تشکیل شده بر روی سطوح فلزات پس از اعمال نیرو شکسته شده و فلزات بکر زیرین از میان لایههای اکسیدی اکسترود میشوند و سبب تشکیل پیوند میگردند. زمانی که از پودر در بین لایهها استفاده شود مکانیزم پیوند بین ورقها با حضور پودر در فصل مشترک شامل دو مرحلهی گسترش پودر و تشکیل ترکها عمود بر جهت نورد در لایه پودر و اکستروژن مواد خام از میان لایههای پودر جدا شده میباشد - . - Rezayat, Akbarzadeh, 2012
شکل2 تصویر میکروسکوپ نوری در جهت RD-ND برای - a ساندویچ اولیه کامپوزیت با پودر تقویت شده - b ساندویچ اولیه کامپوزیت بدون پودر - c پاس دوم
کامپوزیت همراه پودر - d پاس دوم کامپوزیت بدون پودر چون در کامپوزیت تهیه شده علاوه بر لایههای فلزی غیر هم جنس از ذرات پودر نیز استفاده شده بنابراین مکانیزم تشکیل پیوند، ترکیبی از تئوری فیلم و تئوری مربوط به لایههای با پودر تقویت شده است؛ یعنی ابتدا ذرات TiC پخش و ترکهایی در لایه پودر ایجاد میشود سپس فلز بکر زیرین از میان لایههای اکسیدی که شکسته شده و همچنین ترکهای ایجاد شده در لایه پودر، اکسترود مییابند. با توجه به تصاویر میکروسکوپی از سطح مقطع نمونهها در جهت RD-ND تکههای شکسته شده لایههای اکسیدی به طور کاملا واضح مشخص است. در شکل 3 کامپوزیت با پودر تقویت شده TiC در پاس چهارم نورد تجمعی آورده شده است. در این شکل در مکانهای حاوی ذرات، بر اثر نیروی اعمالی ناشی از نورد، فرورفتگیهایی در هر دو لایه آلومینیم و تیتانیم ایجاد شده است که در این مکانها بین ذرات تقویتکننده کاربید تیتانیم و لایههای آلومینیم و تیتانیم یک فصل مشترک بوجود میآید - مکان اتصال ذرات تقویت کننده با لایههای آلومینیم و تیتانیم با فلش نشان داده شده است - . این ذرات با توجه به فرورفتگیهایی که در هر دو لایه آلومینیم و تیتانیم ایجاد کردهاند را میتوان به عنوان قفلهایی در بین این لایهها در نظر گرفت.
