بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر کامپوزیت هدفمند شیبدار زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات آلومینا به روش ریخته گری گریز از مرکز ساخته شده و ریز ساختار نمونه ها بوسیله میکروسکوپ نوری بررسی شده است. ذرات آلومینا بر اثر نیروی گریز از مرکز و به دلیل بالاتر بودن چگالی آنها نسبت به مذاب آلیاژ آلومینیومی به سمت سطح خارجی نمونه ها انتقال یافته و یک ریزساختار شیبدار از ذرات آلومینا از سطح به سمت نواحی داخلی نمونه ایجاد می شود. برای بررسی پارامترهای گریز از مرکز از تغییر سرعت چرخش قالب 500،600 و 700دور بر دقیقه بهره برده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش سرعت چرخش قالب باعث تجمع بیشتر ذرات در ناحیه خارجی می شود و با افزایش سرعت چرخش قالب ریخته گری گریز از مرکز، شیب سختی نمونه ها افزایش می یابد.
کلمات کلیدی: کامپوزیت هدفمند شیبدار،کامپوزیت Al-Al2O3 ریخته گری گریز از مرکز،
مقدمه
ایده مواد لایه ای هدفمند برای اولین بار در ژاپن توسط دو محقق که یکی در زمینه علم هوافضا و دیگری در زمینه مواد پیشرفته تحقیق میکردند، پیشنهاد شد.>1@ مواد هدفمند شیبدار مربوط به طبقه بندی جدیدی از مواد کامپوزیت ناهمگن هستند که در آن ترکیب و ریزساختار تحت یک تغییر تدریجی در برخی از جهات قرار می گیرد این تغییرات پیوسته موجب شیبدار شدن خواص می گردد که بوسیله کنترل ترکیب می توان آن را تنظیم نمود. مواد کامپوزیت هدفمند شیبدار زمینه فلزی3 مواد هدفمندی با اجزاءفلزی و سرامیکی هستند که یکی از بالقوه ترین و برجسته ترین سیستم های طراحی و ساخت ساختارهای شیبدار محسوب می گردند.>2@
مواد مذکور بدلیل داشتن خواصی نظیر مقاومت به سایش دما بالا، تنظیم عدم تطابق حرارتی، کاهش تنش های فصل مشترکی، افزایش چسبندگی در فصل مشترک فلز-سرامیک، کاهش تنش های حرارتی، افزایش استحکام شکست و تأخیر رشد ترک می تواند نوید بخش ظهور مواد نوینی در صنایع مختلف باشند.[7-3]در بین روش های گوناگون ساخت مواد کامپوزیت هدفمند شیبدار روش انجماد بدلیل اقتصادی بودن و قابلیت ساخت محصولات با اندازه بزرگ مورد توجه بیشتری قرار گرفته است و روش ریخته گری گریز از مرکز با بهره گیری از نیروی گریز از مرکز بعنوان عامل ایجاد ریزساختار شیبدار، بدلیل سهولت و تولید نمونه هایی نزدیک به شکل نهایی در مقایسه با سایر روش های تولید از اهمیت ویژه ای برخوردار است.>10-8]
درحین ریخته گری گریز از مرکز دو نیروی مهم بر هر ذره اعمال می شود: نیروی گریز از مرکز شعاعی و نیروی کشش ویسکوز در جهت مخالف آن. با موازنه این نیروها و پس از ساده سازی روابط معادله زیر بدست خواهد آمد:که وبه ترتیب سرعت ذره، چگالی سرامیک، چگالی فلز، نسبت نیروی گریز از مرکز به جاذبه، شتاب گرانش، قطر ذره و ویسکوزیته مذاب می باشند. اگر ذرات به سمت نواحی بیرونی حرکت کرده و از محور دوران دور می شوند و اگر ذرات به سمت نواحی داخلی حرکت کرده و به محور دوران نزدیک می شوند. با توجه به معادله می توان نتیجه گرفت که سرعت حرکت ذرات با اختلاف چگالی فلز و سرامیک، عدد G ، شتاب گرانش و مجذور قطر ذرات متناسب است و با ویسکوزیته رابطه معکوس دارد.
در مورد مذاب آلومینیوم ذرات سنگین تر از مذاب مانند SiC، آلومینا و زیرکونیا در لایه خارجی تجمع می یابند در حالیکه مواد سبک تر نظیر گرافیت و میکا در نواحی داخلی ریخته گری گریز از مرکز تجمع می یابند.>12-11@با توجه به اینکه بیشتر پژوهش های انجام شده تاکنون برروی کامپوزیت های هدفمند شیبدار زمینه آلومینومی تقویت شده با ذرات SiC تمرکز یافته است و در مورد کامپوزیت های هدفمند شیبدار زمینه آلومینیومی تقویت شده با آلومینا پژوهش های کمی وجود دارد.
و با توجه به کاربردهای فراوان این نوع از کامپوزیت ها در صنایع و نیاز به شناخت روش های آسان و مقرون به صرفه برای ساخت آنها و رفع نواقص کامپوزیت ها با استفاده از نیروی گریز از مرکز، ساخت این مواد و بررسی توزیع ذرات آلومینا در زمینهآلومینیوم و تآثیر پارامترهای ریخته گری گریز از مرکز می تواند راه را برای پژوهشگران و صنعتگران برای تولید این مواد هموار می سازد. دراین پزوهش ابتدا به روش ریخته گری تلاطمی مذاب کامپوزیت هدفمند Al-Al2O3 ساخته شده سپس درون دستگاه ریخته گری گریز ارمرکز منجمد شده است و تاثیر ریزساختار نمونه ها در اثر تغییر سرعت چرخش قالب ریخته گری بر توزیع ذرات و سختی نمونه ها بررسی شده است. بررسی شیب توزیع ذرات و سختی نمونه های تولید شده با این روش می تواند سرعت چرخش بهینه برای ایجاد شیب ملایم را مشخص نماید تا از تنش های پسماند ایجاد شده در شیب های تند جلوگیری به عمل آمده و مشکلات ناشی از فصل مشترک سرامیک فلز بهبود یابد.
مواد و روش تحقیق
دراین پژوهش از آلیاژ با ترکیب جدول1 استفاده شده است، میانگین اندازه ذرات پودر آلومینا 120 m و مقدار آن برابر 15درصد حجمی می باشد که در زمینه آلومینیومی به عنوان تقویت کننده استفاده شده است. برای ساخت نمونه های کامپوزیت هدفمند شیبدار زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات آلومینا ابتدا مذاب کامپوزیت به روش ریخته گری تلاطمی ساخته شده است و سپس بدرون یک قالب ریخته گری گریز از مرکز با سرعت چرخش های متفاوت 500،600 و 700 دور بر دقیقه منجمد شده است. قالب ریخته گری گریز از مرکز تا دمای 200 درجه پیش گرم شده است. سرعت هم زن برای تولید مذاب کامپوزیت همگن 540 دور بر دقیقه و دمای کامپوزیت سازی 790 درجه سلسیوس بوده است برای افزایش ترشوندگی ذرات آلومینا در مذاب آلومینیوم به مدت 2 ساعت در دمای 500 درجه پیشگرم شده اند تا رطوبت و گازهای مضر حذف شوند. منیزیم به عنوان مهمترین عنصر آلیاژی کاهش دهنده تنش سطحی مذاب موجب ترشوندگی بهتر مذاب می گردد.[15-13]برای مطالعه ریزساختاری نمونه های ساخته شده کات شده اند و با سنباده با دانه بندی 60 تا 1000 صیقل داده و سپس با ذرات آلومینا 3 میکرون پولیش شده اند. تصاویر متالوگرافی با استفاده ازمیکروسکو
