بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این تحقیق بررسی اثر پوشش نیکل بر سیم فولادي، بر روي ریز ساختار فصل مشترك کامپوزیت زمینه آلومینیومی 413 با مغزه ي سیم فولاد کربنی است.
به این منظور از روش ریخته گري توپر جهت تولید نمونه هاي کامپوزیتی استفاده شد. از تقویت کننده سیم فولاد کربنی با پوشش نیکل در زمینه آلومینیومی استفاده شد. ریزساختار مقطع نمونه ي ریخته شده با استفاده از میکروسکوپ نوري و الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین آنالیز خطی و نقطه اي نمونه ها، با استفاده از EDS و اسکن خطی میکروسکوپ SEM مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد، که لایه پوشش نیکل سیم فولادي کاملا حذف شده و هیچ ترکیب بین فلزي حاوي نیکل در فصل مشترك زمینه با تقویت کننده ایجاد نشده است و نیکل به داخل زمینه آلومینیومی نفوذ کرده است. لایه هایی از ترکیبات بین فلزي حاوي آهن، آلومینیوم و سیلیسیم در فصل مشترك تقویت کننده و زمینه ایجاد شده است. با خشنی سطح سیم تقویت کننده، یکنواختی و پیوستگی لایه فصل مشترك کاهش می یابد.
مقدمه
کامپوزیت، ترکیب دو یا چند ماده با فصل مشترك مشخص است2]،MMC .[1ها، کامپوزیتهاي زمینه فلزي یا آلیاژي هستند، که با مواد تقویت کننده، تقویت شده اند .[3] ناحیه نزدیک به فصل مشترك درMMCها خیلی پر اهمیت است.[4] در بیشترMMCها منطقه ي فصل مشترك، قسمت زیادي از کامپوزیت را در بر می گیرد.[3] در کامپوزیت هاي زمینه فلزيمعمولاً زمینه، از فلزات سبک هم چون آلیاژهاي آلومینیوم، منیزیم و تیتیانیم استفاده می شود 5]،.[2 کامپوزیت هاي زمینه آلومینیوم، از گسترده ترین گروه هاي کامپوزیتی هستند. علت استفاده از آلیاژهاي آلومینیومMMCها عبارت است از:
گستردگی خواص مکانیکی، دماي ذوب پایین آلومینیوم، نسبت استحکام به وزن بالایی، ازدیاد طول و چقرمگی بالا در نتیجه کاهش رشد ترك در ماده، مقاومت به خوردگی مناسب. ازMMC زمینه آلومینیوم با تقویت کننده آهنی در صنایع خودرو سازي، هوا فضا و دیگر کاربرد هاي ساختمانی استفاده می شود 8]،.[7 در بیشتر کامپوزیت ها زمینه و تقویت کننده در تعادل ترمودینامیکی با هم نیستند ونیروي رانش ترمودینامیکی بین آنها وجود دارد، که منجر به واکنش در فصل مشترك می شود و در نهایت کاهش انرژي آزاد را در پی خواهد داشت.
توانایی پخش شدن مذاب بر سطح جامد را ترشوندگی گویند که در کامپوزیت ها اهمیت زیادي دارد
پوشش مس و نیکل بر سطح سیم، جهت بهبود ترشوندگی الیاف فولادي با مذاب آلومینیوم مناسب است. زمانی که ترشوندگی مناسب است، پیوند شیمیایی قوي در فصل مشترك تقویت کننده و زمینه به وجود می آید و استحکام پیوند بالا خواهد بود.
در چنین حالتی مقداري از تقویت کننده و زمینه با هم واکنش داده و یا در هم حل می شوند.مشکل اصلی در کامپوزیت ها ایجاد پیوند مطلوب بین فصل مشترك و تقویت کننده است.پدیده ترشوندگی تحت تأثیر فاکتورهایی چون عناصر آلیاژي،خنثی سطح، جهت گیري ساختمان کریستالی ماده جامد و ناخالصی ها است.
در فیبر فولادي باپوشش نیکل، نیکل با آلومینیوم و آهن تشکیل ترکیبات بین فلزي می دهد. در دماي محیط Ni تا 0/04 درصد در آلومینیوم حل می شود، که در مقادیر بیشتر نیکل تشکیل ترکیبات بین فلزي می دهد.ضخامت لایه بین فلزي بسیار اهمیت دارد چون در ضخامت هاي بالاتر از 10μm خواص مکانیکی افت می کند.
در دماي نزدیک به 660°C میزان حلالیت آهن در آلومینیوم مذاب کمتر از0/06درصد وزنی است.[13] آلیاژهاي ریختگی آلومینیوم کاربرد بسیار گسترده اي در MMCها دارند.آلیاژ آلومینیوم413 در سیستم Al-Si به صورت یوتکتیکی منجمد می شود و متشکل از دو فاز اصلی -Al و-Si به همراه مقدار کمی از ترکیبات بین فلزي ناش از عناصر ناخالصی است. ترکیب شیمیایی آلیاژ 413 در جدول.1 قابل مشاهده است.
جدول.1 ترکیب شیمیایی آلیاژآلومینیوم .413
مواد و روش تحقیق
مدل از جنس فوم پلی استیرن با چگالی 0/01 g/cm3 تهیه شد. شماتیک مدل فومی در شکل.1 مشاهده می شود. از سیم فولاد کربنی به قطر1/5 mm، که ترکیب شیمیایی آن در جدول.2 مشاهده می شود، به عنوان تقویت کننده استفاده شد. ترکیب هاي شیمیایی از طریق اسپکترومتري نشري تعیین شد.
سیم پس از بریده شدن به طول 12cm، شستشو و با الکل چربی زدایی شد. برروي سیم با استفاده از حمام الکترولس نیکل، پوشش نیکل با ضخامت2 m ایجاد شد. بر روي مدل استوانه اي با کاتر یک شیار تا مرکز استوانه ایجاد شد و سیم داخل فوم جایگذاري شد. یک انتهاي سیم که از مدل بیرون آمده را خم کرده تا هنگام ذوب ریزي و تبخیر فوم سیم جابه جا نشود.
مدل استوانه اي دیگري به عنوان نمونه شاهد در بررسی تغییرات زمینه ساخته شد. مدل کلی که به همراه سیستم راهگاهی است، در داخل ماسه Co2 قرار داده شد. به منظور افزایش استحکام ماسه از چسب سیلیکات و گاز Co2 استفاده شد. از سوارخ هاي هواکش جهت خروج گازهاي ناش از تجزیه فوم استفاده شد. جهت ذوب شمش آلیاژ آلومینیوم 413 که آنالیز آن در جدول.1 مشاهده می شود و کوره زمینی با سوخت گاز طبیعی استفاده شد. ذوب ریزي در دماي 720+5 انجام شد. پس از یک ساعت قطعه از قالب خارج شد. نمونه ها با اره دستی از سیستم راهگاهی جدا شدند و مقطع زده شدند.
شکل - a - .1 جایگزاري سیم داخل مدل فومی، - b - شکل کلی، ابعاد مدل فومی و نحوه اتصال نمونه ها و سیستم راهگاهی.
