بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش کامپوزیت Cu-SiCp حاوی درصدهای حجمی مختلفی از ذرات پودر SiCp به روش الکتروفرمینگ تولید شد. به منظور آمادهسازی محلول الکترولیت، از حمام اسیدی با ترکیب سولفوریک اسید و سولفات مس 5 آبه در دمای 23 الی 25 درجه سانتیگراد و همزن مکانیکی با سرعت 250 rpm استفاده شد. آند از جنس مس فسفردار و کاتد نیز از جنس فوالد زنگ نزن 304 به عنوان ماندرل انتخاب شد. نمونههای کامپوزیتی پس از اضافه شدن پودر SiCp با غلظتهای 15 الی 45 گرم بر لیتر پس از گذشت مدت زمان 12 ساعت در چگالی جریان بهینه محلول 6/5 A/dm2 تولید شدند.
در ادامه به منظور بررسی میزان SiC وارد شده به کامپوزیت از اندازهگیری دانسیته به روش ارشمیدس و تصویربرداری میکروسکوپی - SEM - و در راستای تعیین خصوصیات مکانیکی کامپوزیتهای تولید شده از آزمون کشش، میکروسختی و سایش استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که بیشترین درصد حجمی SiC وارد شده به نمونه کامپوزیتی در غلظت 35 گرم بر لیتر میباشد. نتایج آزمونهای میکروسختی سنجی، کشش تک محوری و سایش نیز نشان داد که با اضافه شدن SiCp به محلول تا مقدار 35 گرم بر لیتر خواص مکانیکی افزایش یافته و با افزایش بیشتر پودر، برخی خواص مکانیکی تضعیف میشود.
.1 مقدمه
امروزه شناخت، توسعه و روشهای تولید مواد جدید مهندسی با کارآیی باال، یکی از نیازهای اساسی بشرر برای پیشرفت تکنولوژی محسوب میشود. به همین منظور، مطالعات بسیاری بر روی گسترش مواد جدید انجام میپذیرد که از جملهی این مواد میتوان به مواد کامپوزیتی و روشهای تولید آنها اشاره کرد. اغلب روشهرای تولید مواد کامپوزیتی زمینه فلزی به دالیل مختلف از جمله دما و فشار عملیاتی براال، عردم توانرایی در توزیر یکنواخت فاز تقویتکننده و هزینههای زیاد، مقرون به صرفه نمیباشد. از این رو هدف محققان و مهندسین علم مواد نیز رسیدن به یک روش ساده، اقتصادی و تولید قطعهای با سطح نهایی مطلوب میباشد که طبق تحقیقات، روش الکتروفرمینگ یکی از این روشها است .]1-4[
الکتروفرمینگ، فرآیندی مشابه با آبکاری است با این تفاوت که در آن یک قطعه فلزی مجزا تولید میگردد. یعنی در این فرآیند، فلز یا کامپوزیت مورد نظر بر روی سطح یک کاتد یا ماندرل مینشیند و هنگامیکه ضخامت آن به مقدار مطلوبی رسید از سطح آن جدا شده تا خود به عنوان یک قطعه مجزا مرورد اسرتفاده قررار گیررد. ماندرل قطعهای فلزی بوده که صرفا نقش شکل دادن به قطعه تولید شده در زمان رسوبدهی را دارد و در پایان نیز از قطعه الکتروفرم شده، جدا میگردد.
این روش بسیار ساده، با دمای عملیاتی نه چندان زیاد و هزینه کم بوده که از لحاظ ساختاری نیز نسبت به روشهای دیگر دارای قابلیت ایجاد توزی یکنواختتر از فراز اانویره در زمینه، بازدهی باالتر و عدم نیاز به ماشینکاری پیچیده را دارا است. از جمله مزیت روش الکتروفرمینگ دقت در تولید، تولید قطعه با سطح مقط نازک، تولید قطعه با شکلهای پیچیده و تولید قطعات با محدوده ابعاد متفاوت است. در شکل 1 اصول فرآیند الکتروفرمینگ مشاهده میگردد .]3-7[
مس یکی از رایجترین فلزات تجاری برای ساخت و تولید بسیاری از مواد مهندسی است که دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار خوبی میباشد. همچنین چکشخواری و مقاومت به خوردگی و اکسیداسریون قابرل قبول و باالیی دارد. با این حال استحکام مکانیکی کم و مقاومت به سایش نامطلوب باعث محدودیت در کراربرد آن شده است. اضافه کردن ذرات سخت به زمینه مس سبب میشود که ضمن افزایش خواص مکانیکی و مقاومت به سایش آن، رسانایی الکتریکی و حرارتی خود را تاحدود زیادی حفظ کرده و در نتیجه میتوان کاربردش را در زمینههای مختلف گسترش داد.
با توجه به تحقیقات انجام شده، در میان تقویتکنندههای مختلف سررامیکی و اکسیدی، ذراتی مانند SiC، گرافیت و TiO2 که پتانسیل زتای مثبت در محلرول الکترولیرت آبکراری را دارنرد، قابلیت همراهی یون مس در مهاجرت به سمت کاتد هنگام الکتروفرمینگ را داشته و با استفاده از آنها میتوان پوششی کامپوزیتی را تولید کرد .]8-10[ ذرات SiC عالوه بر افزایش سختی، نقش بسیار مهمی در افزایش مقاومت به سایش پوشش فلزی دارند. فلز مس به خودی خود نرم است و به راحتی از روی سطح جدا میشود و تغییر شکل میدهد. با اضافه شدن ذرات سخت و افزایش آن در کامپوزیت، فاصله بین ذرات کاهش مییابد.
هرچه فاصله بین ذرات بیشتر باشد، با جدا شدن فلز زمینه از سطح، تعدادی از ذرات نیز جدا میشوند و تعداد کمی ذره روی سطح باقی میماند و باعث کاهش مقاومت به سایش میگردد. بنابراین افزایش این ذرات و کاهش فاصله بین آنها، مان از سایش و کنده شدن فلز زمینه از سطح خواهد شد و در نتیجه استحکام و مقاومت به سایش خوبی در قطعه به وجود میآید. افزایش ذرات SiC همچنین مقاومت به خوردگی پوششهای کامپوزیتی را نیز افزایش میدهد. این ذرات با تغییر مورفولوژی سطح، کاهش اندازه دانه و پوشاندن بخشی از سطح و جلوگیری از ارتباط فلز برا محری ، از سرطح حفاظت میکنند .]11-14[
اولین بار پروفسور جاکوبی در روسیه در سال 1838 هنگام کار با یک ورقه مسی حکاکی شرده برا پدیرده الکتروفرمینگ مواجه شد. پروفسور بوئتگر از کشور آلمان در سال 1840 با استفاده از نیکل توانسرت یرک اارر هنری را به وسیله فرآیند الکتروفرمینگ کامال به صورت مشابه فرم داده و بوجود آورد. با ورود به قرن بیسرتم پیشرفتهای زیادی در کاربرد روش الکتروفرمینگ و تولیدات ناشی از آن ایجاد گردید. در سال 1965 میالدی، ناسا با مشارکت جنرال الکتریک و با الکتروفرمینگ موفق به تولید پنلهای متمرکزکننده نور خورشید گردید.
در سال 2000 لیجون و همکارانش؛ ریزساختار و مقاومت به سایش نیکل الکتروفرم شده و پوششهای کامپوزیتی نیمه پایدار را بررسی کردند. در سال 2003 میالدی ژیانها ژو و همکارانش؛ به تاایر غلظت SiCp ، دمای محلول و دانسیته جریان بر الکتروفرمینگ کامپوزیتی مس و SiCp پرداختند. در سال 2005 اف.تی.ونگ؛ تاایر امواج صوت بر میکروساختار ناشی از تالطم الکترولیت و حرکت کاتد در محلول الکتروفرمینگ مس را مورد بررسی قرار داد و در ادامه، مورفولوژی و ریزساختار حاصل از الکتروفرمینگ با حرکت کاتد و تالطم الکترولیت توس امواج صوت را نیز به صورت جداگانه بررسی و عملکرد آن با الکتروفرمینگ معمولی مقایسه شد.
