بخشی از مقاله
چکیده
کمپوزیتهای سرامیک - فلز - سرمتها - به دلیل خواص سایشی، استحکام و سختی بالا در صنایع اتومبیل و هوا فضا، صنایع نظامی و ابزار برش کاربرد یافتهاند. یکی از روشهای مورد توجه برای تولید سرمتها، روشهای مبتنی بر متالورژی پودر میباشد. با این حال ترشوندگی بسیار ضعیف ذرات سرامیکی در فلزات، توزیع ناهمگن ذرات در زمینه، دمای تفجوشی بالا، نیاز به تجهیزات پیشرفته مانند پرس داغ و اتمسفر احیایی از جمله محدودیتهای این فرایند میباشند.
در این پژوهش از یک ایده برای تولید نانوکمپوزیتهای زمینه سرامیکی Al2O3-SiC-Ni استفاده شده است. در این روش ابتدا ذرات Al2O3 با لایه نازکی از Ni به وسیله روش الکترولس پوشش داده شدند و سپس پودرهای پوشش داده شده طی فرایندهای معمول متالورژی پودر به صورت نمونههای بالک در آمدند. تف جوشی در اتمسفر محیط و دماهای در محدوده 650 œC تا 1250œC انجام شد تا تاثیرات آن روی ریزساختار و میزان تخلخل نمونههای تولید شده بررسی گردد.
در ادامه برای بهبود استحکام این سرمتها، نانو ذرات SiC با درصدهای مختلف برای توزیع در زمینه نیکلی به سرمت افزوده شد و بررسیهای ریزساختاری و آزمایشهای سختی، استحکام فشاری و سایش برای ارزیابی خواص مکانیکی نانوکمپوزیتها انجام شد. نتایج حاصل از این بررسیها نشان داد که در این روش چون از تماس ذرات آلومینا به یکدیگر حین زینترینگ ممانعت به عمل می آید می توان دمای زینترینگ سرمت را از محدوده دمایی 1400 & به دمای حدود 800 C کاهش داد. همچنین مشخص شد که افزودن نانوذرات SiC تا 5 درصد وزنی باعث بهبود خواص نمونههای کمپوزیتی میشود.
مقدمه
سرمتها گونهای از مواد پیشرفته کمپوزیتی میباشند که از اختلاط مواد سرامیکی و فلزی تشکیل میشوند. به عنوان مواد زمینه این کمپوزیتها، جزء سرامیکی دارای ویژگیهای مطلوبی مانند سختی، استحکام بالا، مقاومت سایشی و خوردگی مناسب میباشد. همچنین، در سرمتها در اثر اختلاط جزء فلزی به این مواد، چقرمگی مواد بهبود یافته و در نتیجه این کمپوزیتها در برابر نیروهای کششی و ضربه رفتارهای بهتری از خود نشان می دهند - . - Theerabornkul and Kangwantrakool, 2005 کمپوزیت Al2O3-Ni یکی از مشهورترین این نوع سرمتها میباشد که در صنایع اتومبیل و هوا فضا، صنایع نظامی و ابزار برش کاربردهای بسیاری یافته است. در این سرمت، اکسید آلومینیم دارای خواص استحکام فشاری و سختی و مقاومت سایشی بالا میباشد که حضور نیکل در کنار اکسید آلومینیم باعث تشکیل سرمتهایی با سختی و استحکام بالا در کنار چقرمگی مناسب میشود - ; Chen and Tuan, 1999 . - Li et al., 2004
روشهای مختلف و متنوعی برای تولید سرمتها معرفی شدهاند که یکی از مورد توجهترین آنها، روشهای مبتنی بر متالورژی پودر میباشند. در این روش، پودرهای مواد اولیه با یکدیگر مخلوط میگردند و سپس با پرس کردن ذرات پودر در داخل قالب و تفجوشی، ذرات پودری به یکدیگر متصل میشوند و با کاهش درصد حفرهها، چگالی افزایش مییابد. نسبت به سایر روشهای تولید سرمتها، این روش دارای مزیتهایی مانند امکان ساخت شکلهای پیچیده، هزینه تولید پائین، امکان کنترل دقیق حجم فاز دوم، بالا بودن آهنگ تولید و امکان کنترل خواص سرمت میباشد - . - Zhang et al., 2006 با این حال این روش برای تولید سرمتها دارای محدودیتهایی نیز میباشد که در زیر به چند مورد آن اشاره شده است:
الف - توزیع ناهمگن، جدایش و آگلومراسیون ذرات در زمینه
ب - تر شوندگی بسیار ضعیف ذرات سرامیکی در فلزات
ج - دمای تفجوشی بالای مورد نیاز
د - نیاز به تجهیزات پیشرفته متالورژی پودر
ه - جدایش و آگلومراسیون ذرات حین مخلوط سازی پودرها و - تخلخل - - Asthana and Tewari, 1993
مهمترین مشکل تولید این سرمتها ناشی از دمای تفجوشی بالای سرامیکها میباشد. برای مثال در سرمت Al2O3-Ni دمای تفجوشی Al2O3 حدود 1600œC میباشد که این دماها بسیار بالاتر از دمای ذوب نیکل میباشد. در نتیجه تفجوشی سرمت تا دمای حدود 1600 &، فلز نیکل ذوب میشود و به دلیل تر شوندگی ضعیف آن با آلومینا به صورت ناهمگن و آگلومره شده در زمینه توزیع میشوند. از طرف دیگر این دمای بالای تف جوشی، محدودیتهایی در تجهیزات و فرایند تولید سرمتها بوجود می آورند. به دلیل دمای تفجوشی بالای مورد نیاز این سرمتها و همچنین حساسیت به اکسیداسیون جزء فلزی سرمت، تفجوشی این سرمتها اغلب به روشهای پرس گرم و در کورههای با اتمسفر احیایی هیدروژن یا اتمسفر کنترل شده انجام میشود - Barea et
