بخشی از مقاله
چکیده:
کامپوزیت های پایه آلومینیوم، تقویت شده با ذرات پودر گرافیت بوسیله روش محلول سازی مایع تهیه می شوند. به منظور دستیابی به خواص مکانیکی، مثل سختی و استحکام فشاری این کامپوزیت ها برحسب تابعی از درصد گرافیت مورد بررسی قرار می گیرند. میزان گرافیت در این پژوهش ِ/ٌ، َ و ِ/ُ درصد وزنی در نظر گرفته شده است. در ابتدا پودر گرافیت را در حلالی - استون - حل کرده به مدت ٌ ساعت آلتراسونیک نمودیم. سپس پودر آلومینیوم - تقریبا خالص % ُ/ُُ - به محلول اضافه گردید و به مدت ُ ساعت آلترا سونیک گردید. در مرحله ی بعدی محلول حاصل فیلتر و سپس در دمای 0C ًُ در اتمسفر خلا به مدت ّ ساعت خشک گردید. سپس مخلوط پودر حاصل را در فشار Mpa ًًِ به صورت سرد فشرده کردیم.
در ادامه کامپوزیت در دمای 0C ًًِ در اتمسفر خلا به مدتّ ساعت تف جوشی گردید و در همان محیط سرد شد. به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه ها تحت آزمون های فشار، سختی سنجی وسایش قرار گرفتند. سختی نمونه ها توسط سختی سنجی برینل اندازه گیری شدند و در انتها ریز ساختار حاصل بوسیله ی میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی و تحلیل شدند. باتوجه به نتایج و مشاهدات حاصل توزیع ذرات گرافیت در زمینه ی آلومینیوم در این روش نسبت به روش های مکانیکی بهبود چشمگیری را نشان می دهد که همین امر باعث بهبود خواص مکانیکی شده است.
مقدمه:
موارد مصرف آلومینیوم به علت تنوع وسیع در صنعت و خواصی مثل چگالی کم، هدایت الکتریکی و مقاومت به خوردگی بالا و انبساط حرارتی پایین بعد از فولاد ها از سایر فلزات بیشترمی باشد. ]ٌ[ ولی استفاده از آلومینیوم و آلیاژ های آن به علت مقاومت به سایش کم و استحکام تسلیم پایین محدود شده است. ]ٍ[ به همین دلیل استفاده و تولید کامپوزیت های پایه آلومینیوم - AMC - به عنوان ماده ی جایگزین عالی برای دستیابی به خواص مکانیکی بهتر گسترش یافته است ]َ[ به منظور دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب ذرات بسیار ریزی باید برای تقویت بخش ی استفاده شوند.
]ُ[ کاهش اندازه ذرات تقویت کننده تاثیر مثبتی برخواص کامپوزیت می گذارد ]ّوِ[ تکنیک های مختلف افزودن مواد تقویت کننده و توزیع آنها در زمینه از جمله روش های حالت مایع و جامد و محلولی وجود دارند.]ْ[ در حالت مایع ذرات تقویت کننده به فلز مذاب توسط چرخش قبل از ریخته گری اضافه می شوند.]َ[ در این حالت توزیع ذرات غیر یکنواخت خواهد بود. ]ُوٌ[ و علاوه بر این مشکلاتی از قبیل جدایش، تخلخل و عیوب ریخته گری نیز باعث کاهش خواص می گردد.
روش جامد به وسیله ی متالورژی پودر انجام می شود. در این روش توسط آلیاژسازی مکانیکی امکان توزیع ذرات ریز به صورت همگن تر وجود دارد علاوه بر این مشکلات عیوب حاصل از ریختگری در این روش حذف شده اند. ]ًٌ[ در روش محلول تولید کامپوزیت به روش متالو رژی پودر می باشد که آماده سازی پودر توسط حل کردن اجزا کامپوزیت در یک حلال و عمل همگن سازی به کمک دستگاه آلتراسونیک انجام می شود.
مقدار استحکام بخشی توسط ذرات ریز وابسته به نوع ذرات، اندازه، مورفولوژی، کسر حجمی و توزیع آنها دارد. موضوع این آزمایش تولید کامپوزیت های پایه آلومینیوم که توسط ذرات گرافیت تقویت شده است به روش محلول می باشد و همچنین بررسی تاثیر درصد وزنی گرافیت برروی خواص مکانیکی و ریز ساختار. متالورژی پودر یک تکنیک مهم برای تولید MMCها است که دارای همگنی بیشتر و کنترل بیشتر روی توزیع ذرات استحکام بخش وجود دارد و جدایش ذرات که اغلب در شمش های ریختگری وجود دارد بسیار کاهش می یابد ]ٌٌ[ این فرآیند انرژی کمتری نسبت به فرآیندهای معمول متالورژی نیاز دارد. مراحل مختلف ساخت در متالورژی پودر شامل ترکیب کردن، فشرده سازی و تف جوشی مخلوط پودر است. فرآیند ترکیب مواد خام اولین مرحله مهم وکنترل کننده ی توزیع ذرات و ناخالصی های کامپوزیت ها است که روی خواص مکانیکی آن تاثیر دارد. به خاطر تفاوت درچگالی Al و Gr ممکن است توزیع غیر یکنواخت در زمینه آلومینیوم ایجاد شود.
ذرات گرافیت می توانند در کامپوزیت های پایه آلومینیوم در شرایطی که کامپوزیت تحت اصطکاک قرار دارد نقش یک روانساز عالی را داشته باشند .همچنین حضور ذرات گرافیت باعث افزایش هدایت حرارتی و الکتریکی در این کامپوزیت ها می شود]ٌٍ[ با استفاده از روش محلول امکان توزیع یکنواخت ذرات ریز وجود دارد. بنابراین این روش یک فرآیند کارآمد برای ارتقاء تولید مواد توسط متالورژی پودر است. هدف اصلی برای تولید AMC ها افزایش استحکام و مقاومت به سایش آنها است.
گرچه در این آزمایش تنها تاثیر مقدار ذرات افزو دنی بررسی شده است ولی عوامل و پارامترهای دیگر نیز می توانند بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت موثر باشند از جمله: زمان آلتراسونیک کردن محلول پودر، فرکانس آلتراسونیک کردن، دما و شرایط اتمسفری خشک نمودن پودر، شرایط فشرده سازی پودر، شرایط تف جوشی از قبیل دما و شرایط اتمسفری و زمان، اندازه ذرات تقویت کننده و پودر آلومینیوم و خلوص پودر آلومینیوم و پودر گرافیت مورد استفاده.
مواد و روش تحقیق
در این آزمایش از پودر آلومینیوم با خلوص %ُ/ُُ با اندازه ی دانه ی ُِ میکرومتر به عنوان زمینه ی کامپوزیت و پودر گرافیت با استاندارد UF4 به عنوان ماده ی تقویت کننده استفاده شده است. پودر آلومینیوم محصول هند از شرکت فن آوران مهر رضوی و پودر گرافیت نیز از کارخانه متالوژی پودر مشهد تهیه شده است. از استون نیز به عنوان ماده حلال در طی مراحل آماده سازی استفاده شد. چگالی گرافیت و آلومینیوم به ترتیب gr/cm3 ٍ/ٍو gr/cm3ْ/ٍ است. درصد گرافیت در کامپوزیت را در سه حالت % ِ/ٌ ، % َ و % ِ/ُ در نظر گرفته ایم.
روش انجام آزمایش:
ابتدا مقدار مورد نیاز گرافیت و آلومینیوم برای تولید کامپوزیت ِ/ٌ، َ و ِ/ُ درصد گرافیت توزین کرده وبعد گرافیت های مربوط به هر نوع کامپوزیت را در بشرهای جداگانه مقدار ِ/ٌ، َ و ِ/ُ درصد گرافیت در استون حل نموده و به مدت ٌ ساعت در دستگاه آلتراسونیک قرار داده شد. سپس پودر آلومینیوم را به محلول حاصل از مرحله ی قبل به آهستگی اضافه کرده و دوباره به مدت ُ ساعت در دستگاه آلتراسونیک قرار دادیم. سپس مخلوط حاصل را فیلتر کرده و در دمای 0c ًُ و اتمسفر خلا به مدت ّ ساعت خشک نمودیم. سپس پودر خشک شده حاصل را در فشار Mpa ًًِ و در یک قالب به قطر mm ٌْ به نسبت قطر به ارتفاع ٌٌْ فشرده کردیم، قابل ذکر است که در مرحله ی فشرده سازی از روانساز استفاده نکردیم و همین امر موجب شد که بعد از فشرده سازی هرنمونه، دیواره های قالب احتیاج به تمیزکاری داشته باشند. سپس نمونه ها را در دمای 0c ًًِ و در اتمسفر خلا به مدت ّ ساعت تف جوشی نمودیم و در همان محیط کوره اقدام به سرد کردن نمونه ها کردیم.
