بخشی از مقاله
چکیده
در حال حاضر آلیاژسازي مکانیکی یکی از روش هاي رایج در ساخت آلیاژهاي اکسید پراکنده سخت شده آلومینیم با ساختار نانو می باشد. این آلیاژها کاربردهاي وسیعی در صنایع هوا فضا و صنعت خودرو دارند. بدین علت آلیاژسازي مکانیکی با آسیاکاري مخلوط پودرهاي آلومینیوم و اکسید مس در یک آسیاب گلوله اي سیاره اي به منظور تولید محلول جامد انجام گرفت. مخلوط پودر با ترکیب آلومینیم و 5 درصد وزنی اکسید مس در زمان-هاي مختلف آسیا شد. نسبت وزنی گلوله به پودر 20:1 بود و اتانول به عنوان عامل کنترل فرایند - PCA - استفاده گردید. پودر حاصل با میکروسکوپ روبشی - SEM - و دیفراکتومتر اشعه ایکس - XRD - آنالیز شد. از تصاویر میکروسکوپ مورفولوژي و اندازه ذرات و از نتایج XRD پارامتر شبکه، اندازه متوسط کریستال ها وکرنش داخلی بدست آمد. تغییرات کرنش داخلی آلومینیم با افزایش زمان آسیاکاري بصورت افزایشی و تغییرات اندازه کریستالیت ها وپارامتر شبکه کاهشی بود.
واژه هاي کلیدي: آلیاژسازي مکانیکی، اکسید پراکنده سخت شده، آلومینیوم، اکسید مس
مقدمه
کامپوزیتهاي زمینه آلومینیم تقویت شده به طور گسترده اي در صنایع هوا و فضا و خودرو به دلیل خواص مهندسی برتر، استحکام بالا ومدول الاستیک قابل توجه مورد استفاده میباشد.[1] در سالهاي اخیر تحقیقات زیادي در مورد کامپوزیتهاي پایه آلومینیم تقویت شده - DRI - 1 صورت گرفته است. گزارشات تحقیقات متعدد صورت گرفته تاکنون، استحکام مکانیکی بالاي نانو کامپوزیتهاي DRI را نشان میدهد.[2.3] آلیاژسازي مکانیکی یکی از روشهاي تولید نانو کامپوزیتها میباشد که توانایی توزیع دانهها به صورت یکنواخت را دارا میباشد و میتواند فاز تقویت کننده را به صورت یکنواخت درون فاز زمینه توزیع نماید. فاز تقویت کننده میتواند به صورت مستقیم به ترکیب اضافه شود یا اینکه طی فرایند آلیاژسازي مکاینکی و با استفاده از واکنشهاي خود پیش رونده بوجود آیند. براي تولید فاز تقویت کننده Al2O3 بوسیله واکنش اکسایشی اکسید فلزات تحقیقات زیادي صورت گرفته است، اکسیدهایی که قابلیت احیاپذیري دارند عبارتند از: CuO ، NiO، Ni O، Fe O و
]ZiO۴-٩.[
روش آزمایش
براي تهیهي نمونهها ابتدا از مواد اولیهي آزمایشگاهي شامل پودر آلومینیم و اکسید مس با ترکیب Al-5%CuO استفاده شد. سپس با استفاده از یک دستگاه آسیاب سیاره اي پر انرژي در زمانهاي گوناگون از 5 تا 48 ساعت و با سرعت چرخش 250 rpm مخلوط پودرها آسیاب شدند. نسبت وزنی گلوله به پودر 1:20 انتخاب شد. قطر گلوله ها20 و 10 میلیمتر انتخاب گردید. از یک دستگاه پراش سنج پرتوي ایکس - XRD - ساخت شرکت Philips با لامپ مس و فیلتر نیکل با طول موج 1/54 آنگستروم استفاده شد. از الگوي پراش پرتوي ایکس، پهنشدگی در نصف شدت بیشینه پودري تعیین شد.[10] براي بررسی تغییرات اندازه دانه زمینه و میزان کرنش اعمال شده به ذرات پودر به کمک الگوي تفرق اشعه ایکس - - XRD از رابطه ویلیامسون -هال استفاده شد.[11] مورفولوژي ذرات پودر توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی SEMنوع CamScan MV2300 مورد بررسی قرار گرفت .
نتایج وبحث
شکل 1 الگوي پراش ایکس شاخصترین پیک آلومینیم در زمانهاي 5، 10، 15، 20، 25 و 48 ساعت آسیاکاري براي مخلوط پودري Al-5%CuO را نشان میدهد. همانطورکه مشاهده میشود با افزایش زمان آسیاکاري ازشدت پیکهاي آلومینیم کاسته و پهن تر شده وکمی موقعیت آنها تغییرمیکند. کاهش شدت پیک ها وافزایش پهناي آنها ناشی از کاهش اندازه کریستالیت وافزایش کرنش داخلی شبکه می باشد. تغییرموقعیت پیکهاي آلومینیم حاکی از نفوذ مس به درون آلومینیم و تغییر پارامتر شبکه آلومینیم میباشد. انجام کارسرد بر روي کریستال-هاي آلومینیم و افزایش عیوب کریستالی خصوصا نابجاییها و تشکیل مرزهاي فرعی وتبدیل آنها به مرزهاي با زاویه بزرگ در زمانهاي طولانی آسیاکاري منجر به افزایش کرنش داخلی وافزایش پهناي پیکهاي XRD میشود[12]
شکل 2 تغییرات اندازه متوسط کریستالیت هاي آلومینیم بر حسب زمان آسیاب کاري براي ترکیب Al-5%CuO را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میکنید با افزایش زمان آسیاکاري اندازهي متوسط کریستالیتها کاهش مییابد. مکانیزم تشکیل مواد نانوساختار در مواد با روش آلیاژ سازي به این صورت است که به دلیل سرعت تغییر شکل وارده در مراحل ابتدایی آسیاکاري، باند هاي برشی با چگالی بالایی از نابجاییها تشکیل می شود. به دلیل افزایش چگالی نابجاییها، میانگین سطح کرنش اتمی افزایش یافته و در یک چگالی مشخص - درمناطقی که به شدت کرنش یافته اند - ، کریستال ها به دانه هاي فرعی با مرزدانه هاي با زاویه کم تفکیک می شوند.
با ادامه فرآیند، تغییر شکل درباند هاي برشی مستقر در مناطق کرنش نیافته قبلی ماده اتفاق می افتد. اندازه دانه بطور یکنواخت کاهش یافته و باند هاي برشی به هم می پیوندند. باچرخش دانه ها، مرزهاي با زاویه کوچک تبدیل به مرزدانه هاي با زاویه بزرگتر می گردند بعد از تشکیل نانوکریستالها، نفوذ اتم ها به داخل شبکه مس حتی سریعتر از قبل انجام خواهد گرفت زیرا مرز دانه ها فرآیند نفوذ را بسیار تسریع می کنند. همچنین باتغییر شکل پلاستیک در اثر برخوردهاي پر انرژي گلوله- پودر - گلوله و گلوله - پودر – محفظه، و افزایش عیوب کریستالی، ذرات پودر آلومینیم کارسخت شده واندازه متوسط کریستالهاي آن کاهش می یابد. به طوري که اندازه متوسط دانهها پس از 48 ساعت آسیاب کاري به 22 نانومتر رسیده است.
