بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیت و نانوکامپوزیتهاي زمینهي آلومینیومی با ذرات تقویت کننده Fe3O4 به روش ریختهگري گردابی و با استفاده از همزن با درصدهاي متفاوت از ذرات تقویت کننده - 1، 5 و10 درصد وزنی - و نانوذرات با درصدهاي - 0/25، 0/5، 1و - 2 ریختهگري و آماده گردیدند. بررسیهاي ریزساختاري این کامپوزیت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM و جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون کشش و سختی انجام گردید. نتایج نشان داد استفاده از همزن در حین ریختهگري، سبب توزیع یکنواخت و مناسب ذرات در زمینه آلومینیومی میگردد. توزیع یکنواخت و افزایش درصد ذرات تقویت کننده از یک طرف و ایجاد اتصال مناسب بین زمینه و ذرات از طرف دیگر، سبب بهبود خواص مکانیکی شد.
کلمات کلیدي: ریخته گري گردابی ، Fe3O4، نانوکامپوزیت ، خواص مکانیکی
مقدمه
در دههي اخیر تکامل قابل توجهاي در تکنولوژي تولید و بکارگیري نانوکامپوزیتها حاصل شده است، از این دستهي جدید مواد مرکب که با ادغام اجزاي گوناگون ساخته میشود، به منظور دستیابی به قابلیتهایی که از توانایی هریک از اجزاي آن به تنهایی خارج است استفاده میشود. علاوه بر آن خواص مکانیکی، کامپوزیتهاي زمینه فلزي همیشه در نتیجهي حضور تقویت کنندهها بهبود مییابد. استفاده از کامپوزیتها با زمینهي آلومینیومی در بسیاري از کاربردهاي ویژه، نظیر صنعت، هوافضا و صنایع نظامی به دلیل هزینهي بالاي تولید محدود شده است. روشهاي مختلفی براي تولید کامپوزیتهاي زمینه فلزي وجود دارد. که در سه گروه عمده طبقه بندي میشود: -1 فرایند تولید در حالت مایع -2 حالت نیمه جامد -3فرایند جامد.[1]
کامپوزیتهاي تقویت شده ذرهاي به سهولت می تواند به وسیلهي حالت مایع یعنی فرایند ذوب و همزدن تولید شوند. روش ریختهگري گردابی یکی از روشهاي جذاب است زیرا یک روش بسیار ارزان بوده و میتواند براي مواد مختلف و شرایط فرایند متفاوت بهکار برده شود. هدف از تولید نانوکامپوزیتهاي Al-Fe3O4 بهروش ریختهگري گردابی عمدتا مزایاي اقتصادي روش مذکور میباشد. همچنین استفاده از نانوذرات Fe3O4 بهعنوان فاز تقویت کننده، علاوه بر افزایش خواص مکانیکی - تقریبا به وسیلهي اغلب ذرات تقویت کننده حاصل میشود - باعث افزایش خواص مغناطیسی زمینهي پارامغناطیس آلومینیوم میشود.[2]
با مروري بر مطالعات پیشین، نتیجه گرفته میشود که ریختهگري گردابی روشی ساده، ارزان و مناسب براي تولید کامپوزیتهاي زمینه فلزي ذرهاي میباشد.[3] با این حال، تا کنون هیچ گونه پژوهشی در زمینه تولید کامپوزیت و نانوکامپوزیتهاي Al-Fe3O4 به روش ریختهگري گردابی انجام نشده است. بنابراین در ابتدا سعی گردید تا با توجه به مشکلات روش ریختهگري گردابی، نمونههایی بدون عیب و با کمترین میزان تخلخل با توزیع یکنواخت ذرات و بدون هیچ واکنش شیمیایی ذرات با زمینه ایجاد شود. پس از شناسایی و رسیدن به پارامترهاي مناسب و بهینه، خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته شد.
مواد و روش تحقیق
ترکیب شیمیایی شمش هاي مورد استفاده در این تحقیق درجدول 1 و همچنین نحوه کدگزاري نمونههاي مورد آزمایش بدین صورت است که از 3 مشخصه استفاده شده است. به عنوان مثال کامپوزیت Al-1%M نشان دهنده آن است که نمونه داراي زمینه آلومینیوم و 1 درصد وزنی ذرات میکرون Fe3O4 میباشد. اندازه نانوذراتFe3O4 مورد استفاده، 20-15 نانومتر میباشد .جهت تهیه این کامپوزیت از یک سیستم ریخته گري شامل 3 بخش اصلی که عبارتند از کوره ، همزن و قالب استفاده شده است . کوره مورد استفاده براي ذوب شمشهاي آلومینیوم ، کوره مقاومتی میباشد . جهت هم زدن مذاب و ایجاد گرداب درهنگام اضافه نمودن ذرات یک سیستم همزن طراحی و تهیه و بروي کوره نصب گردید.
پروانه این همزن از جنس زیرکونیوم بوده و به صورت پرههاي توربینی توسط تراشکاري و سنگزنی ، یک استوانه به قطر 2 سانتیمتر طراحی و ساخته شد. قالب مورد استفاده از جنس چدن خاکستري به ابعاد300×300×100 میلیمتر بوده که در آن 3 محفظه به شکل گرد با ابعاد 18×170 میلیمتر ایجاد شده است.نمونههاي کامپوزیت در 4 درصد وزنی شامل 1، 5، 10 و 20 درصد و نمونههاي نانوکامپوزیت در 4درصد وزنی0/25، 1/5،0 و2 درصد و در دماي750ċ ذوب ریزي انجام شد . جهت افزایش ترشوندگی و کاهش میزان گاز همراه با ذرات، بر روي آنها عملیات حرارتی در هواي آزاد و تحت دماي 450 درجه سانتیگراد و به مدت 1ساعت انجام شد.
ذرات بعد از انجام عملیات حرارتی درون فویل هاي نازك آلومینیومی قرار داده شده و به آرامی در حین انجام عمل هم زدن به مذاب اضافه گردید . عمل هم زدن در حین اضافه نمودن ذرات به مدت 10دقیقه و با سرعت 400دور بر دقیقه انجام شد . دماي ذوب در ابتداي عمل هم زدن 850 درجه سانتیگراد که بعد ازعمل هم زدن به علت افت دماي ذوب و به منظور رسیدن به دماي فوق ذوب مورد نظر مجددا بوته به درون کوره منتقل وپس از رسیدن به دماي 750درجه سانتیگراد، عمل هم زدن با سرعت 400 دور بر دقیقه و براي مدت زمان 1 دقیقه انجام و سپس بارریزي انجام شد . گاززدایی قبل از افزودن ذرات توسط قرص دگازر
