بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش نحوه توزیع نانو آلومینا در کامپوزیتهای زمینه فلزاتی مس و کروم به کمک یک آسیای پر انرژی مورد بررسی قرار گرفت. هدف از این پروژه توزیع مناسب نانو ذرات آلومینا با حداقل آگلومره شدن در فاز زمینه می باشد. بدین منظور پودرهای خالص Cu و Cr به همراه 25 %wt. آلومینا و نسبت گلوله به پودر 1:10 در زمانهای متفاوت 2، 6 و 24 ساعت توسط دستگاه آسیای سیارهای پر انرژی آسیا شد. مشخصههای فازی و مورفولوژیکی پودرهای آسیا شده توسط آزمون های XRD و FESEM تعییین گردید. نتایج XRD، بیانگر واکنش بین فاز تقویتکننده با فاز زمینه Cu بعد از 24 ساعت آسیاکاری، و ناپدید شدن پیکهای آلومینا احتمالا ناشی از تشکیل محلول جامد همگن بوده است. پودرهای کامپوزیتی بسیار ریزی برای نانوکامپوزیت پایه مس مشاهده شد که دلایل آن با جزئیات بحث شده است.
واژه های کلیدی: نانو کامپوزیت، آسیاکاری، آنالیز میکروساختار.
.1مقدمه
آلیاژسازی مکانیکی بهعنوان یکی از مهمترین تکنیکهای متالورژی پودر، یک فرآیند منحصربهفرد برای تولید آلیاژها و ترکیباتی است که تولید آنها با روشهای معمول ذوب و ریختهگری، سخت و یا غیرممکن است. این روش برای اولین بار در سال 1966 توسط جان بنجامین ابداع شد که یکی از فرآیندهای تولید در حالت جامد بوده و بر اساس شکستهای متوالی و ایجاد جوش سرد بین ذرات انجام میگیرد. [2 ,1] از مزایای این روش میتوان به کنترل آسان کسر حجمی ذرات تقویتکننده و توزیع همگن ذرات تقویتکننده درزمینه که باعث افزایش استحکام کامپوزیت میگردد. مزیت دیگر این روش تولید پودر کامپوزیت با ساختار نانو کریستال است که درنتیجه از خواص مطلوبی برخوردار است.[3]
یکی از متدهای آلیاژسازی مکانیکی، آسیاکاری است که از پرکاربردترین روشها برای کاهش اندازه ذرات و تولید نانو پودر کامپوزیتی است. از مزایای این روش میتوان به قابلیت تولید ماده در مقیاس صنعتی، استفاده از تجهیزات ساده و ارزان، قابلاستفاده بودن برای مواد مختلف، انجام فرآیند در دمای محیط و خواص مکانیکی بالا در پودرهای بهدستآمده اشاره کرد.[5 ,4] در این پژوهش از روش آسیاکاری برای تولید نانو کامپوزیت Cr-Al2O3 و Cu-Al2O3 با زمانهای متفاوت و مقایسه مورفولوژی این دو پرداختهشده است.
.2 روش تحقیق
مواد اولیه مورداستفاده در این تحقیق شامل کروم - کمتر از 106 میکرومتر، خلوص بالاتر از %99/7، مرک - - Merck - ، مس - کمتر از 106 میکرومتر، خلوص بالاتر از %99، مرک - - Merck - ، آلومینا 40-50 - نانومتر، خلوص بالاتر از %99، مرک - - Merck - و اسید استاریک با چگالی 0/94 g/cm3 ساخت شرکت مرک است.
جهت آلیاژسازی مکانیکی، شرایط آسیاکاری برای تولید نانو کامپوزیت حاوی نانوذرات تقویتکننده مطابق جدول 1 انتخاب گردید. آسیاکاری مکانیکی، با استفاده از آسیای سیارهای پرانرژی در زمانهای متفاوت 2، 6 و 24 ساعت انجام شد. سرعت آسیاب 250 دور بر دقیقه و نسبت وزنی گلوله به پودر 5 به 1 انتخاب گردید. بهمنظور جلوگیری از آگلومره شدن پودرها 1 درصد وزنی اسید استاریک بهعنوان کنترلکننده فرآیند به مخلوط پودری اضافه شد. جهت جلوگیری از آلودگی اتمسفری پودرها نیز، از گاز محافظ آرگن استفاده شد.
.3 تجزیه و تحلیل دادهها
.3-1 بررسی میکروساختار پودرهای کامپوزیتی حاوی
نانوذرات آلومینا
جهت اطمینان از اختلاط بهینهی پودرها و توزیع همگن ذرات فاز تقویتکنندهی نانومتری در فاز زمینه، تقویتکنندههای متفاوتی برای اختلاط و آسیاکاری در زمان های مختلف در نظر گرفته شد. همانطور که از شکل 1-3 برای Cr به نظر میرسد که ابعاد ذرات از 500 نانو وجود دارد تا 70 میکرون و ظاهرا نانوذرات اثر محسوسی روی کارسختی ندارند و ساختار core-shell در 2 حالت ریز و درشت ساخته شده است. در این ساختار میان ورقههای فلزی به دام افتاده و نانوذرات چه به شکل تکی و چه به شکل چندتایی وجود داشته و در بیرون این ساختار - لایه ای خارجی - نانوذرات به شکل مجددا تکی و چندتایی حاصل میشود.
Cr Al2O3 بعد از الف - 2 ب - 6 ج - 24 ساعت آسیاکاری همانگونه که در شکل 2-3 مشاهده میشود، برای Cu علیرغم اینکه در پودر فلزی خالص نسبت ذرات ریز بیشتر از فلزات دیگر بوده است اما به نظر می رسد که بیش از 60 درصد پودرهای کامپوزیتی Cu-Al2O3 ریز میباشند - منظور از ریز سایز، زیر 10 ʽm است - . این موضوع نشان میدهد که نانوذرات موجب کارسختی بیشتر ساختار مس شدهاند. به طوریکه ابعاد پودرها بین 500 n تا 10 ʽ دیده می شوند و همچنین همانند Cr ساختار core-shell دو نوعی - یعنی ریز و درشت - حاصل شده است. البته بایستی در نظر گرفته شود که سایز اولیه ذرات مس خالص بسیار کمتر از سایز پودرهای اولیه Cr میباشد. اما با توجه به ساختار منعطف تر مس نسبت به Cr ریز شدگی بیشتری در ساختار پایه Cu دیده میشود، که هم میتواند ناشی از ریز بودن مس اولیه بوده باشد و هم ناشی از احتمالا SFE و کارسختی بیشتر Cu در حضور نانوذرات سرامیکی باشد.
