بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نتایج اولیه از ساخت کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات SiC بهروش رخنهدهی مذاب تحت فشار گاز3 در پیششکل متخلخل سرامیکی ارائه شده است. براي اینکار ابتدا پیششکلهاي متخلخل از ذرات SiC با قطر متوسط 50 میکرومتر ساخته و سپس سعی شد آلومینیوم مذاب تحت فشار گاز آرگون درون انها رخنه داده شود. براي ایجاد تخلخل در پیششکلهاي سرامیکی مخلوطهایی از ذرات SiC با درصدهاي مختلفی از چسب سیلیکات سدیم، آب و خاك اره یا تفلون بهصورت دوغاب تهیه و درون قالبهاي مسی ریخته شد.
سپس قالبها بهمدت 2 ساعت در دماي 100 درجه سانتیگراد براي خروج رطوبت و بهمدت 30 دقیقه در دماي 850 درجه سانتیگراد براي سوختن و خروج خاك اره یا تفلون و ایجاد تخلخل حرارت داده شدند. پیش-شکلها پس از سرد شدن، از نظر استحکام و تخلخل بررسی و شرائط مناسب ساخت پیششکل تعیین شد. تعدادي از قالبهاي ساخته شده در شرائط بهینه، در تجهیز رخنهدهی مذاب تحت فشار گاز، قرار داده شده، آلومینیوم مذاب بهدرون آنها نفوذ داده شد. در نهایت استحکام فشاري کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویتشده با ذرات SiC اندازهگیري شد.
-1 مقدمه
کامپوزیت به مخلوطی از دو یا چند ماده با خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت گفته میشود که پس از اختلاط، در عین حفظ مشخصات ذاتی مواد اولیه، خواص جدیدي ایجاد کند که در هیچیک از مواد اولیه وجود نداشته است.[1] امروزه در صنعت بهطور وسیع از کامپوزیتها بهخاطر خواص بهبود یافته آنها استفاده میشود که سهم عمدهاي از آن مربوط به کامپوزیت هاي زمینه فلزي - MMCs1 - است.[2] از جمله کاربرد هاي کامپوزیتهاي زمینه فلزي می توان به کاربرد در صنایع هوا فضا، حمل و نقل، الکترونیک، حرارتی، آهنربا هاي ابر رساناي رشته اي، سیستم هاي انتقال قدرت، محصولات تفریحی و وسایل ورزشی و مواد مقاوم به سایش اشاره کرد.
در این میان، کامپوزیتهاي زمینه آلومینیومی بهخاطر نسبت وزن به استحکام بالا و قابلیت شکلپذیري و ریختهگري مناسب و ویژگی هاي میکروساختاري کاربرد زیادي پیدا کردهاند .[3] بهعنوان مثال آلومینیوم تقویت شده با ذرات SiC در تیغه عمودي زیر دم هواپیماي F16 و پروانههاي خارجی پرههاي موتور هواپیماي بویینگ 777 استفاده شده است .[4] یکی از موضوعات مورد پژوهش در این زمینه، ساخت این کامپوزیتها به روش رخنهدهی مذاب درون پیششکل هاي از پیش ساخته شده بوده است.
بهطور نمونه، مردان پور [5] در پژوهشی به تولید کامپوزیت زمینه فلزي با استفاده از تزریق مذاب درون فومهاي آلومینایی پیش ساخته به روش ریخته گري کوبشی پرداخت. در این پژوهش، نمونههایی در دماها و فشارهاي مختلف ریختهگري شدند. نتایج نشان داد که با افزایش فشار اعمالی از 50 به 125 مگاپاسکال در دماي ذوبریزي 700 درجه سانتیگراد ،استحکام تسلیم آلیاژ زمینه %5/5، استحکام تسلیم کامپوزیت محتوي %20 حجمی تقویت کننده، %15 و استحکام تسلیم کامپوزیت با %25 حجمی آلومینا،%25 افزایش یافت. البته افزایش استحکام تسلیم نمونه ها در دماي ذوبریزي 800 درجه سانتیگراد بهدلیل افزایش تخلخل، کمتر از دماي 700 درجه سانتی گراد بود.
در نهایت، شرایط بهینه تولید کامپوزیت ریختگی آلومینیوم-آلومینا بهصورت دماي بارریزي 700 درجه سانتیگراد، فشار اعمالی 100 مگاپاسکال و درصد تقویتکننده %25 حجمی گزارش شده است. در پژوهش دیگري صارمی[6] به تولید و مشخصه یابی کامپوزیت زمینه آلومینیومی بهروش رخنهدهی تحت فشار مذاب در پیش ساخته هاي پوشش داده شدهي فولادي پرداخت. در این پژوهش، نمونه ها در دماي بارریزي 750 درجه سانتیگراد ، تحت فشارهاي50 تا 125 ریخته گري شدند و سپس خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیتهاي حاوي 3، 5 و 7 درصد وزنی الیاف فولادي در مقایسه با آلومینیوم خالص تجاري بررسی گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که در کاربردهایی که سختی، استحکام و یا مقاومت به سایش بالا مد نظر باشد استفاده از کامپوزیت ها با زمینه آلومینیوم خالص و حاوي درصد وزنی مناسب الیاف فولادي منطقی میباشد.
از مشکلات استفاده از تقویتکنندههاي فوق، هزینه نسبتا بالا و درصد کم تقویت کننده در کامپوزیت نهایی است. در این پژوهش با در نظر گرفتن این دو مسئله، چالش اصلی، ساخت پیششکلی با ویژگیهاي مطلوب از قبیل هزینه پایین، د رصد بالاي تقویت کننده، پراکندگی خوب ذرات تقویت کننده، میزان تخلخل قابل کنترل و استحکام مناسب پی ششکل در نظر گرفته شد. در نهایت، تعدادي از پیشش کلها توسط آلومینیوم مذاب رخنه-دهی و استحکام فشاري کامپوزیت بهدست آمده بررسی شد. نمونههاي سا خته شده در این پژوهش بهطور خاص میتواند براي کاربردهاي سایشی شدید مورد استفاده قرار گیرد.
-2 مواد و روش پژوهش
مواد مورد استفا ده شامل آلومینیوم خالص تجاري، پودر ذرات SiC با قطر متوسط 50 میکرومتر - شکل -1 الف - ، پودر خاك اره - شکل -1ب - با مشهاي متفاوت، برادههاي تفلون - شکل -1ج - در دانهبنديهاي متفاوت و چسب سیلیکات سدیم بود. از لولههاي استوانه اي مسی با طول حدود10 و قطر حدود 2 سانتیمتر که یک طرف آنها پرس شده و تو سط جوشکاري آببندي میشد - شکل-2الف - به عنوان قالب استفاده میشد.
براي رخنهدهی مذاب از یک سیستم فلزخورانی تحت فشار گاز که در دانشگاه صنعتی اصفهان طراحی و ساخته شده است، استفاده شد - شکل 2 -ب - .[7] این سیستم شامل یک کوره مقاومتی، محفظهاي از جنس سوپر آلیاژ HP45 و فولاد زنگ نزن 3 10 - شکلهاي -2ج و د - با قابلیت اعمال خلاء یا فشار گاز آرگون و تجهیزات جانبی اعمال خلاء و فشار است. براي تولید هر پی ششکل ابتدا یک قالب مسی با پوشش FR-Cote-110Z محصول شرکت فارس ریزان مواد ایران، که پوششیکام لاّ چسبنده، پایه آبی و حاوي زیرکون است آستر می شد تا از انحلال آلومینیوم و مس در کوره جلوگیري شود.
