بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیتهای Al-Al2Cu به دلایل متعددی از قبیل چگالی پایین، پایداری حرارتی بالا، ضریب انبساط حرارتی پایین، سختی و خواص سایشی مطلوب کاربرد زیادی در صنایع اتومبیل و هوافضا را دارند. مزیت روشهای درجا نسبت به سایر روش های تولید این است که فاز دوم از نظر ترمودینامیکیکاملاٌ پایدار بوده و پیوند مستحکمی با زمینه دارد. در این تحقیق جهت تولید کامپوزیت های درجا Al-Al2Cu، از سیم های مس با قطر 500ʽm و خلوص %99 پریفرم هایی تهیه شده و در داخل قالب فولادی تعبیه شدند.
سپس آلومینیم خالص تجارتی - خلوص - % 99/6 در دمای مناسب در قالب ریخته شده و ترکیبات بین فلزی آلومینیم مس در اثر واکنش بین مس و آلومینیم به صورت درجا و الیاف پیوسته تشکیل شدند. سپس به منظور تکمیل نمودن واکنش و تبدیل مس باقیمانده به اینترمتالیک، نمونه ها در دما و زمان مناسب تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند.
با انجام مطالعات میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز EDS فرآیند تولید از نظر طراحی قالب و پریفرم مسی و نیز دمای بارریزی و دمای پیش گرم قالب و دما و زمان عملیات به نحوی بهینه سازی شد که فاز اینترمتالیکی تشکیل شده به صورت رشته ای در نمونه تشکیل شده و از پخش شدن آن در حجم نمونه جلوگیری شود. نتایج نشان دادند که با انتخاب طراحی مناسب و پیش گرم قالب تا 520 C و بارریزی در دمای 720 C میتوان کامپوزیت های Al-Al2Cu را با خواص مطلوب تهیه نمود.
کلمات کلیدی: کامپوزیتهای Al-Al2Cu، روش درجا، کامپوزیت با الیاف پیوسته.
مقدمه
در سالهای اخیر کامپوزیت های زمینه فلزی به خاطر ارائه خواص ترکیبی مناسب از جمله: استحکام مخصوص بالا، ضریب انبساط حرارتی پایین، مقاومت حرارتی بالا، مقاومت در برابر سایش برتر، سختی مخصوص بالا و سطح رضایت بخش از مقاومت در برابر خوردگی، در یک طیف گسترده ای از برنامه های مهندسی مورد توجه قرار گرفته اند.آلیاژهای فلزی متداول مورد استفاده معمولا آلیاژهای فلزات سبک مثل آلومینیم، منیزیم، تیتانیوم و مس هستند.
آلومینیم و آلیاژهای آن بیشترین توجه را به عنوان ماتریس فلزی در کامپوزیت های زمینه فلزی به خود جلب کرده اند. آلیاژهای آلومینیم به دلیل چگالی کم، مقاومت خوب در برابر خوردگی، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا بسیار پرکاربرد هستند.کامپوزیت های زمینه آلومینیم، به طور گسترده ای در صنایع خودروسازی، نظامی و هوا فضا و زمینه های مختلف دیگر مورد استفاده قرار گرفته اند.کامپوزیت های زمینه فلزی را می توان با روش های درجا و غیر درجا تولید نمود. در روش غیر درجا ماده تقویت کننده بطور جداگانه، قبل از ساخت کامپوزیت، آماده شده و سپس بدون انجام هیچ واکنشی به فلز زمینه افزوده می شود.
در یکی از انواع روش درجا، فاز تقویت کننده از طریق واکنش شیمیایی بین مواد تشکیل دهنده آن، همزمان با ساخت کامپوزیت تشکیل می شود و در روش دیگر در یک فرایند انجماد کنترل شده تقویت کننده طی یک استحاله فازی از مذاب رسوب می کند. از مزایای این روش میتوان به امکان ایجاد فازتقویت کننده با ابعاد ریز و توزیع مناسب در زمینه و پایدار بودن فاز تقویت کننده از نظرترمودینامیکی و نتیجتاً هزینه تولیدکمتر اشاره کرد.
کامپوزیتAl-Al2Cu که در آن یوتکتیک لایه ای Al-Al2Cu به صورت درجا در طول صفحه انجماد آلیاژهای Al-Cu تشکیل شده است یکی از کامپوزیت های درجایی است که به خوبی شناخته شده است . این کامپوزیت ها چگالی کم، سختی بالا و مقاومت فشاری خوب را ارائه می دهند. کامپوزیت های توسط هر دو روش حالت مایع و حالت جامد ساخته شده اند .در این تحقیق برای اولین بار از روش مذاب خورانی برای تولید کامپوزیت درجای Al-Al2Cu استفاده شده است که در ان از طریق تماس آلومینیم مذاب با پریفرم مسی و واکنش بین انها این کامپوزیت ها را می توان تولید نمود.
مواد و روش تحقیق
در تحقیق حاضر جهت تولید کامپوزیت درجا Al-Al2Cu با الیاف اینترمتالیکی، از شمش آلومینیم با خلوص % 99/6 و سیم مسی با قطر 500ʽm با خلوص %99 استفاده شد. به دلیل انکه سطح مس شدیدا در معرض اکسید شدن می باشد، در ابتدا برای حذف لایه اکسیدی و فعال شدن سطح، سیم ها درمحلول %37 HCl رقیق شده با آب مقطر به مدت 15 دقیقه قرار گرفته و پس از آن با الکل شسته شدند.
در این تحقیق از قالبی جهت مشخصه یابی و تولید نمونه های کوچکتر از استاندارد آزمون کشش استفاده شد. این قالب دو تکه و از جنس فولاد زنگ نزن 310 بوده و از دو صفحه سوراخ دار جهت عبور دادن سیم های مسی و تهیه پریفرم مسی استفاده شد. در این قالب جهت جلوگیری از نیامد در قسمت گلویی از یک مخزن حوضچه مذاب به منظور افزایش ستون فشار مذاب و از جنس خود قالب که در بالای قالب قرار می گرفت استفاده شد شماتیک قالب در شکل 1 نشان داده شده است.
شمش آلومینیم پس از ذوب شدن در کوره مقاومتی با خطای 10 oC درون قالب ریخته شد و در اثر تماس آلومینیم مذاب با رشته های مسی، ترکیبات بین فلزی و یوتکتیک در فصل مشترک بین مس و آلومینیم ایجاد گردید. به منظور افزایش پیشرفت واکنش و مصرف تمام سیم های مسی و تبدیل انها به ترکیبات بین فلزی از یک مرحله عملیات حرارتی در در دمای570oC به مدت زمان 20 دقیقه با استفاده از کوره عملیات حرارتی انجام شد.
دو نمونه آلومینیم خالص و آلیاژ Al-5.8%Cu - درصد مشابه مس در کامپوزیت - جهت انجام مقایسه با نمونه های کامپوزیتی و کامپوزیت عملیات حرارتی شده با شرایط تولید نمونه کامپوزیتی تهیه گردید. جهت بررسی ریز ساختار پس از انجام عملیات متالوگرافی شامل سنباده زنی با استفاده از سنباده های 180 تا 5000 و پولیش توسط سوپانسیون نمونه هاتوسط محلول کلر حکاکی شده و از میکروسکوپ نوری و الکترونی استفاده شد . آزمون کشش با استفاده از دستگاهINSTRON 8502 و جهت سختی سنجی فازهای ایجاد شده از سختی سنج کوپا مدل Koopa MH3 استفاده شد.
