بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق برای نخستین بار کامپوزیت های چند لایه مس/تیتانیم در درصدهای حجمی22، 35، 43 و 55 از فاز استحکام دهنده تیتانیم توسط فرآیند اتصال نورد تجمعی تولید و ساختار و استحکام کششی آنها مورد بررسی قرار گرفته است. بررسیهای ساختاری صورت گرفته توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده ناپایداری پلاستیک لایههای سخت تر تیتانیمی با افزایش سیکلهای فرآیند اتصال نورد تجمعی میباشد. همچنین بررسیهای ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان دهنده عدم تشکیل فازهای واکنشی در فصل مشترک دو فلز و همچنین ایجاد ساختار فوق ریز دانه در مس و نانوساختار در تیتانیم می باشد. نتایج آزمایش کشش نشان دهنده افزایش استحکام کششی کامپوزیت با افزایش سیکلهای نورد و ارتقاء درصد حجمی فاز تیتانیم میباشد.
مقدمه
در کامپوزیت های فلز-فلز لایه ای لایه های متوالی از فلزات - عموما دو یا سه فلز - مختلف بر روی هم به صورت لایه لایه انباشته شده تا یک ماده یکپارچه تشکیل شود. این دسته از کامپوزیت ها به دلیل خواص ویژه شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی خود بسیار مورد توجه می باشند .[1] روش هایی که عموما برای تولید این دسته از کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرد شامل روش های لایه نشانی مانند کندوپاش مگنترون و یا رسوب فیزیکی بخار می باشد. اما بهره گیری از این روش ها شامل محدودیت های فرآوانی از جمله تجهیزات گران قیمت و هزینه تولید بالا، زمان بر بودن فرآیند، محدودیت در ابعاد نمونه - بویژه ضخامت - و... می باشد .
[1] اخیرا جهت تقلیل مشکلات و معایب ساخت این دسته از کامپوزیت ها توسط روش های ذکر شده سعی شده است تا روش های دیگری ابداع و گسترش یابند. در این بین روش اتصال نورد تجمعی - ARB - بسیار مورد توجه می باشد. فرآیند نورد مورد استفاده در این روش علاوه بر توان ایجاد تغییر شکل در مواد فلزی قادر به ایجاد باند های فلزی - بین فلزات مشابه و غیر مشابه - نیز می باشد. این توانایی ها در کنار سایر مزایای روش اتصال نوردی - که پیشتر بیان گردید - سبب گسترش روز افزون کاربرد روش مذکور گردیده است. در این تحقیق کامپوزیت چند لایه مس/تیتانیم در درصد های مختلف از فاز استحکام دهنده - تیتانیم - توسط روش اتصال نورد تجمعی تولید و سپس ساختار و استحکام کششی آنها مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق کامپوزیت های چندلایه مس/تیتانیم در چهار درصد حجمی مختلف از تیتانیم - توسط فرآیند اتصال نورد تجمعی ساخته شدهاند. در این راستا جهت ساخت نمونهها، در ابتدا ورق های مس و تیتانیم در حالت اولیه آنیل و با ضخامت های متفاوت در ابعاد 80×45 میلیمتر مربع برش خورده و پس از آماده سازی سطحی، شامل چربی زدایی با استون و برسکاری بر روی یکدیگر قرار داده شده و توسط سیم مسی سر و ته آنها را محکم میبندیم. در هر کامپوزیت تعداد لایه ها مطابق جدول 1 انتخاب شده اند تا ضخامت های اولیه ساندویچ ها تقریبا مشابه باشند. سپس ساندویچ های تولید شده در دمای محیط، در حالت خشک - عدم بهره گیری از روانسازها - تا ضخامت حدود 1 میلیمتر نورد می شوند، که کاهش ضخامتی در حدود 57 درصد می باشد.
سپس نمونه خروجی که طولی تقریبا دوبرابر نمونه اولیه دارد را به دو نیمه مساوی برش داده میشود. موارد ذکر شده در بالا همگی مربوط به مرحله اول تولید کامپوزیت چند لایه می باشند. در مرحله دوم در ابتدا نمونه های دو نیم شده اولیه مجددا مورد آماده سازی سطحی قرار می گیرند. سپس دو نیمه روی هم قرار داده شده و با سیم مسی سر و ته آنها روی هم تثبیت میشوند. در ادامه دو لایه دقیقا با شرایط ذکر شده در مرحله اول ولی با کاهش ضخامت 50 درصدی تحت فرآیند اتصال نوردی قرار می گیرند.
پس از آن نمونه خروجی به دو نیمه مساوی برش زده شده و تمامی گام های ذکر شده در مرحله دوم مجددا تکرار می شوند. ادامه فرآیند مذکور موجب تولید کامپوزیت دوفلزی از مس و تیتانیم می گردد. برای بررسی های ساختاری از میکروسکوپ های نوری، SEM و TEM استفاده شده است. پیش از آن نمونه های مورد نظر در صفحات مشخص تحت آماده سازی استاندارد قرار گرفته اند. از آزمایش کشش تک محوره جهت ارزیابی استحکام کششی کامپوزیت های تولیدی استفاده شده است. این آزمایش با استفاده از دستگاه Santam با نرخ کرنش 2 میلیمتر بر دقیقه با کمک یک لودسل 10 کیلو نیوتنی انجام شده است.
نتایج و بحث
در شکل 1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار و نحوه توزیع لایههای مس و تیتانیم در سیکلهای مختلف فرآیند ARB - سیکل 1 تا سیکل 9 که با C1 الی C9 در شکل مشخص شدهاند - از نمونههای ساخته شده با درصدهای حجمی متفاوت از تیتانیم - مطابق با جدول - 1 نشان داده شده است. چنانچه مشاهده میشود در تمامی کامپوزیتها - با درصدهای حجمی متفاوت از تیتانیم - در سیکل اول لایههای تیتانیم پیوسته بوده و بصورت یکنواخت به همراه لایههای مس دچار کاهش ضخامت شدهاند.
همچنین تغییرات زیادی در ضخامت آنها مشاهده نمیگردد. مطابق شکل در تمامی نمونهها با افزایش تعداد سیکلهای فرآیند ARB به دلیل ناپایداری پلاستیک، یکنواختی تغییر شکل در لایههای تیتانیم کاسته شده است. به عبارت دیگر با افزایش سیکل فرآیند ARB با وقوع پدیده گلویی شدن و یا گسیختگی در لایههای تیتانیم، این لایه ها دچار ناپیوستگی میشوند - شکل . - 1 شکل 2 تصاویر SEM با بزرگنمایی بالا از ماکروساختار نمونههای سیکل اول و سوم از کامپوزیت دارای %22 تیتاتیم را نمایش میدهد.
