بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از امواج مافوق صوت و ریخته گری گردابی، نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانوذرات اکسید سیلیسیم - SiO2 - تولید شد و سپس با استفاده از روش فوم سازی مستقیم مذاب و با به کارگیری %1 وزنی و % 2 وزنی عامل فوم ساز هیدرید تیتانیم - TiH2 - در دو حالت خالص و پیش عملیات حرارتی شده در محیط هوا در 3 h/450 °C، فوم نانوکامپوزیتی Al-0.5 wt.% SiO2 تولید گردید.
در ادامه، بررسیهای ریزساختاری جهت اطمینان از تولید فوم نانوکامپوزیتی و ارزیابی نقش نانوذرات، بهوسیله میکروسکوپهای نوری و الکترونی انجام پذیرفت. نتایج حاصل از بررسی های میکروسکوپی، ساختارهای چند وجهی سلولها و توزیع مناسب نانوذرات در دیواره سلولها را نشان داد. همچنین با توجه به نتایج TGA و بررسی های میکروسکوپی مشاهده شد که با استفاده از %1 وزنی عامل فوم ساز TiH2 پیش عملیات حرارتی شده، نه تنها ارتفاع منطقه فوم شده بیشتر می شود بلکه یکنواختی ساختار نیز بهبود خواهد یافت.
مقدمه
در سالهای اخیر در صنایع گوناگون نظیر خودروسازی، هوافضا، صنایع نظامی و...، توجه ویژهای به فومهای فلزی به عنوان یک ساختار سبک با قابلیت جذب انرژی شده است. روشهای تولید فومهای فلزی بسیار متنوع است. در این بین تکنیکهای فوم سازی مستقیم مذاب با استفاده از عامل فوم ساز برای تولید در ابعاد صنعتی مناسب میباشد، چرا که دسترسی به تجهیزات تولید در آن آسان و هزینه آن به مراتب کمتر از سایر روشها است Ramakrishnan - ، 1996؛ Hashim، 2001؛ گلستانی پور، - 1391 نمیتوان مذاب فلزات را به آسانی و با افزودن عامل فوم ساز به فوم تبدیل کرد.
حرکت و جذب مذاب به سمت پایین دیواره حباب هامعمولاً خیلی سریع رخ میدهد و نمیتواند برای مدت زمانی طولانی پایدار باقی بماند و منجر به تخریب فوم میشود. به این ترتیب لازم است جهت ممانعت از خروج و یا پیوستن حبابهای گازی به یکدیگر، ویسکوزیته مذاب افزایش یابد. افزودن ذرات کوچک نامحلول و یا ذراتی که به آرامی حل میشوند، ویسکوزیته مذاب آلومینیوم را زیاد میکنند و مانع از حرکت مذاب در غشاء حباب میشوند که به پایداری فوم منجر میشود.
ذرات سرامیکی اضافه شده در فرایند فوم سازی، همواره در ابعاد میکرون بودهاند که استفاده از مقادیر بالای این ذرات در فوم سازی، باعث میشود انعطاف پذیری به شدت کاهش یابد. یکی از موارد جالب برای استفاده از نانوذرات سرامیکی به عنوان فاز تقویت کننده، کاربرد آنها برای استحکام بخشی زمینه فلزی است درحالیکه انعطافپذیری خوبی را نیز حفظ میکنند که به این پیش ماده فوم سازی، نانو کامپوزیت زمینه فلزی - 1MMNC - گفته میشود.
فرایند ترکیب کردن نانوذرات با استفاده از امواج مافوق صوت2 که بر مبنای روش ذوبی3 بوده واخیراً معرفی شده است، روشی مناسب برای پخش یکنواخت نانوذرات و تولید نانو کامپوزیتهای زمینه فلزی میباشد. امواج مافوق صوت به صورت موج سینوسی از میان یک مذاب عبور کرده و سیکل انبساط ایجاد شده در اثر آن، یک فشار منفی را روی مذاب ایجاد میکند که مولکولها را به دور از یکدیگر میکشد.
اگر موج ایجاد شده به اندازه کافی شدید باشد، سیکل انبساط ایجاد شده میتواند حفراتی را در مذاب ایجاد کند که به این فرایند حفرهزایی4 گفته میشود. به خاطر نوع سینوسی میدان موج صوتی، حبابهای گازی کوچک ایجاد شده، حالتهای متناوب انبساط و انقباض را تجربه میکنند و اگر اندازه حباب، توان موج ایجاد شده و یا فرکانس، بیشتر از یک آستانه خاص بشوند، فرایند حفرهزایی گذرا5 ایجاد میشود.
در این فرایند، حبابها مدت زیادی پایدار نیستند و فشار ایجاد شده در مراحل بعدی باعث ترکیدن حبابها میشود. این همان پدیده انفجار حفره6 است که میتواند یک محیط غیر معمولی را برای واکنشهای شیمیایی ایجاد کند. لحظه انفجار را نقطه داغ7 مینامند که میتواند بهصورت مقطعی دمایی تا حدود 5000°C و فشار 1000atm و نرخ گرم کردن و سرد کردن بیشتر از K/s 1010را ایجاد کند که بهگونه موثری نانوذرات را در فلزات آلیاژی پراکنده کرده و ترشوندگی آنها را افزایش می دهد. بنابراین، ساخت محصولات ریختهگری شده نانوکامپوزیتی با کارایی بالا را از نظر عملی امکانپذیر میسازد.
