بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق فومهاي فلزي کامپوزیتی با ساختار منظم به روش ریختهگري آلومینیوم درون قالب و بین کرههاي توخالی سرامیکی چیده و منظمشده روي شبکههاي فولادي ساخته میشود. دو نوع آرایش منظم با چگالی نسبتا یکسان و یک آرایش نامنظم ساخته شده و خواص مکانیکی آنها در تست فشار مقایسه شده است. نمودارهاي تنش-کرنش بدست آمده رفتارهاي متفاوتی داشته و مقایسه آنها نشان میدهد که نسبت استحکام به چگالی و انرژي جذب شده بر واحد حجم در نمونهها با آرایش منظم بسیار بیشتر از نمونه نامنظم بوده و در نمونههاي منظم با دو آرایش مختلف نیز رفتار نمودارهاي تنش-کرنش و خواص مکانیکی تفاوت اساسی دارند. فازهاي میانی تشکیل شده بین اجزاء تشکیل دهنده این کامپوزیت بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است.
١. معرفی
فومهاي فلزي گروه جدیدي از مواد هستند که به دلیل دارا بودن خواص متنوع فیزیکی و مکانیکی اخیرا مورد توجه قرار گرفته، و در صنایع مختلفی از جمله صنعت اتومبیلسازي، صنعت ساختمان، صنایع دریایی و هوافضا مورد استفاده قرار گرفتهاند.[1] این مواد به سه روش کلی ساخته میشوند که عبارت است از روشهاي ذوبی، روشهاي پودري و روشهاي رسوب از فاز بخار یا فاز گازي. در بین این روشها، روشهاي ذوبی کاربرد بیشتري داشته و تحقیقات زیادي بر روي آن انجام شده است1]،.[2 از جمله مشکلات در ساخت فومهاي فلزي با خواص مکانیکی بالا، کنترل اندازه و شکل حفرهها، پیچش و تغییر ضخامت دیواره حفرهها و توزیع غیر یکنواخت فاز جامد در فوم فلزي میباشد.
عیوب نام برده باعث کاهش خواص مکانیکی شده و قابلیت اطمینان و تکرارپذیري در ساخت نمونهها را کاهش میدهد3]،.[4 یکی از راه هاي کنترل حفرهها، استفاده از کرههاي توخالی فلزي به عنوان مواد فضا ساز میباشد که با ریختهگري و نفوذ مذاب فلزات با دماي ذوب پایین بین کرههاي توخالی، باعث اتصال آنها به یکدیگر شدهاند5]،.[6 طبق بررسیهاي انجام شده توسط روشهاي عددي، فومهاي ساخته شده بوسیله کرههاي توخالی در حالتی که کرههاي توخالی به صورت منظم باشند، در جهاتی مشخص داراي خواص مکانیکی، از جمله تنش تسلیم سه برابر در مقایسه با سایر فومهاي فلزي با چگالی یکسان هستند.[7] فومهاي فلزي با ساختار منظم به صورت تئوري و با روشهاي عددي بررسی شده 8]،[7، اما بررسیهاي تجربی روي ساختارهاي منظم کمتر انجام گرفته است.
در این تحقیق کرههاي توخالی سرامیکی با استفاده از پودر نسوز شاموت و چسب سیلیکاتسدیم ساخته شده و با استفاده از شبکه نازك فولادي در قالب منظم شدهاند. دو نوع آرایش منظم و یک آرایش نامنظم بدون شبکه فولادي ایجاد شده و خواص مکانیکی آنها با استفاده از تست فشار بررسی شده است. فازهاي تشکیل شده بین کرههاي توخالی سرامیکی با زمینه آلومینیومی و همچنین رشتههاي فولادي با زمینه آلومینیومی بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM بررسی شده و آنالیز فازهاي تشکیل شده بوسیله EDX-SEM مشخص شد.
.2 مواد و روش تحقیق
.2.2 مواد مصرفی
مواد مورد استفاده در این تحقیق شامل مواد مورد استفاده جهت ساخت کرههاي توخالی سرامیکی، آلومینیوم ریختهگري و شبکه فولادي میباشد. به منظور تهیه کرههاي توخالی سرامیکی از دوغابی متشکل از سیلیکات- سدیم، پودر نسوز شاموت و آب استفاده شده است. از کرههاي پلیاستایرن منبسط شده به عنوان ماده حذف شونده استفاده شده که پوسته سرامیکی بر روي آن تشکیل میشود.
دوغاب مصرفی شامل 15 درصد وزنی سیلیکاتسدیم، 65 درصد وزنی پودر شاموت و بقیه آب میباشد. سیلیکات سدیم مورد استفاده داراي فرمول شیمیایی .2SiO میباشد. دانسیته شاموت مصرفی 2.7gr/ و pH آن بین 7 تا 8 میباشد. ترکیب شیمیایی شاموت شامل 60 درصد وزنی اکسید آلومینیوم، 35 درصد وزنی اکسید سیلیسیوم و بقیه اکسید آهن، اکسید تیتانیوم و اکسید پتاسیوم میباشد. شبکه نازك فولادي به صورت سیمها بافته شده از جنس فولاد ساده کربنی با %0.12 کربن بوده و قطر سیم200 میکرون میباشد. فاصله بین رشتهها به صورتی است که بعد از قرار دادن کرههاي توخالی سرامیکی بر روي آن منظم شده و با فاصله 1 میلیمتر از هم قرار میگیرند. آلیاژ مورد استفاده براي ریختهگري آلومینیوم 356 میباشدکه عناصر آلیاژي آن در جدول 1 آورده شده است.
.2.2 ساخت کرههاي توخالی سرامیکی
به منظور ساخت کرههاي توخالی سرامیکی ابتدا دوغاب سرامیکی مطابق درصد وزنی آورده شده در قسمت قبل تهیه میشود. بعد از تهیه دوغاب کرههاي پلیاستایرن منبسط شده را که قبلا با استفاده از غربال دسته بندي شده و قطر خارجی آنها بین 5 تا 5.2 میلیمتر میباشد را در آن فرو برده که پس از ایجاد یک لایه سرامیکی بر روي آن، از دوغاب خارج شده و پس از جدا شدن دوغاب اضافی از سطح کرههاي پلیاستایرن، پودر شاموت بر روي آن پاشیده شده و پس از خشک شدن در هوا، دوباره به منظور ایجاد لایه بعدي در دوغاب فرو برده می- شود و این چرخه ادامه یافته تا ضخامت مورد نیاز ایجاد شود.
معمولا با ضخامت سه لایه، استحکام مورد نیاز براي ریختهگري بدست میآید. پس از لایه نشانی و خشک شدن نهایی جهت پخت، نمونهها به آرامی گرما داده میشوند. با گرم شدن لایههاي سرامیکی آب موجود در آن بخار شده و در دماي حدود 240 درجه سانتیگراد کرههاي پلیاستایرن ذوب شده و از روزنههاي پوسته سرامیکی خارج میشود. نمونهها تا دماي 800 درجه سانتیگراد گرم و سپس به آرامی سرد شده و به این روش کرههاي توخالی سرامیکی ساخته شدند.
