بخشی از مقاله
-1مقدمه
کامپوریت های زمینه آلومینیومی در سالهای اخیر به دلیل مدول الا ستیسیته و استحکام ویژه بالا، دانسیته پایین و مقاومت به سایش عالی و خواص خستگی و خزشی خوب می توانند جایگزین مناسبی برای مواد مورد مصرف در صنایع هوا-فضا، اتومبیل سازی و الکترونیک باشند که بدین لحاظ در کانون توجه محققان قرار گرفته اند. در این میان کامپوزیت های زمینه آلومینیمی تقویت شده با ذرات سرامیکی به علت دارا بودن خواص مکانیکی مشابه در سه بعد بیشتر مورد علاقه می باشند باشند.[1] انواع متنوعی از سرامیک ها به سبب خواص ویژهای چون سختی بالا، مقاومت فشاری بالا و مقاومت به سایش خوب به عنوان تقویت کننده برای زمینه آلومینیم به کار می روند، که در این میان از نانو ذرات SiC و Al2O3 به وفور استفاده شده است.[2]
به طورمثال ایوانزوهمکاران [3]گزارش دادکه ذرات کاربیدسیلسیم یک موردایده آل به دلیل خواص قابل توجه آن به منظورافزایش استحکام ،مدول یانگ،مقاومت حرارتی وسایشی برای آلیاژهای زمینه است. عموماویژگی های مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت هاتحت تاثیرتنوع اندازه ذرات وکسرحجمی می باشد.[4] ژووهمکاران[5] کامپوزیت آلومینیوم- کاربیدسیلسیم بااندازه ذرات متفاوت تقویت کننده کاربیدسیلسیم بررسی کردند.خواص سایشی کامپوزیت بااندازه متوسط ذرات 57میکرومتر10برابربیشترازاندازه ذرات تقویت کننده 5.5میکرون باکسرحجمی یکسان گزارش شد.
ییلمازوهمکاران[6]کامپوزیت آلومینیوم -آلومینارا تهیه کردند وافزایش %94میکروسختی رانسبت به زمینه فاقدآلومینا رامشاهده کردند.سانگ وهمکاران[7] اثراندازه ذرات تقویت کننده کاربیدسیلسیم رابرخواص سایشی کامپوزیت آلومینیوم - کاربیدسیلسیم بررسی کردند.آن ها افزایش مقاومت به سایش کامپوزیت راباافزایش اندازه ذرات گزارش کردند. استفاده از متالورژی پودر در صنایع مختلف برای تولید قطعات کیفی صنعتی در حال رشد روزافزون است، اساس روشهای متالورژی پودر بر زینترینگ می باشد.
[8] وجود معضلات مهمی در روشهای معمول زینترینگ مثل تغییر ریز ساختار ماده، به دلیل رشد دانه ها در حین عملیات تولید قطعه، بالا بودن دمای عملیات، بالا بودن درصد تخلخل در قطعات تولید شده و غیرهموژن بودن ریزساختار آنها، زمان طولانی عملیات و به تبع آن کم بودن سرعت و بالا بودن هزینه تولید قطعات، استفاده از این روشها را محدود کرده است. این مشکلات حتی در روشهای جدیدتری مانند پرس ایزواستاتیک داغ، اکستروژن در دمای بالا، زینترینگ مایکروویو، سنتز خودانتشار و ... نیز حل نشده و باعث کاهش ابعاد و کاهش کیفیت قطعات قابل تولید و ایجاد محدودیت در استفاده ازاین روش ها شده است.[9-11]
روش اسپارک پلاسماسینترینگ SPS - - ، یکی از روش های جدیدی است که به دلیل تشکیل پلاسما درحین فرآیند، بسیاری از مشکلات فوق الذکر را حل نموده است13]،.[12 دراین روش، پودر به داخل قالبی استوانه ای شکل از جنس گرافیت و یا مواد عایق ریخته شده و دو پانچ از بالا و پایین آن را فشرده می سازند . اعمال جریان الکتریکی به توده پودر، نیروی محرکه لازم برای تف جوشی را فراهم کرده و باعث می شود فرآیند تولید در زمانی اندک به اتمام رسد.
[14] ویژگی مهم این روش تف جوشی فلزات و سرامیک ها به خصوص مواد دیرگداز تا نزدیک چگالی تئوری در زمانی اندک می باشد.[15] به عنوان مثال چگالی مولیبدن تف جوشی شده به این روش درزمان کمتراز20دقیقه %96 گزارش شده .[16] وجه تمایز این روش با روش های سنتی تف جوشی در متالورژی پودر عبور جریان الکتریکی از درون توده پودر و محفظه نگهدارنده آن برای تولیدحرارت می باشد .تف جوشی به این روش شامل دو مکانیزم عمده است .اول اعمال جریان الکتریکی از درون توده پودررسانا باعث ایجاد جرقه در بین ذرات شده که یک منطقه موضعی با درجه حرارت خیلی بالا ایجاد می کند ، دوم برطبق قانون ژول عبور جریان الکتریکی از مواد رسانا در اثرمقاومت الکتریکی تولید حرارت می کند [17]
.همین موضوع اساس و شالوده روش تف جوشی به کمک جریان الکتریکی می باشد این روش بدلیل برتری های تکنیکی واقتصادی که نسبت به روش های معمول تف جوشی دارامی باشد جذابیت خاصی برای محققین پیدا کرده است . ازجمله این ویژگی ها می توان به نرخ گرمایش سریع تر،دمای تف جوشی پایین تر، زمان کمتر نگه داری در دما،تف جوشی موادی که به سختی تف جوشی می گردند، عدم نیاز به مواد کمکی برای تف جوشی، عدم نیاز به فشرده کردن پودر پیش از تف جوشی، حساسیت کمتر به ویژگی های اولیه پودر و بهبود خواص مواد تف جوشی شده اشاره کرد19]،.[18 در تحقیق حاضر کامپوزیت آلومینیوم -کاربیدسیلسیم به روش SPSتولید شده است.
-2مواد و روش تحقیق
مواداولیه مورداستفاده درتحقیق حاضرشامل پودرآلومینیوم خالص - خلوص 99درصد - ، ساخت شرکت متالورژی پودر خراسان به عنوان زمینه بااندازه دانه 45میکرون وپودرخالص SiC - خلوص99درصد - بااندازه متوسط6 میکرون مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه های کامپوزیتی در کسر های حجمی 5،10 و15درصدکاربیدسیلسیم به روش متالورژی پودرتهیه شدند. به منظور تولید کامپوزیت آلومینیوم-کاربیدسیلسیم بایدکاربیدسیلسیم به صورت یکنواخت در بین ذرات پودر آلومینیوم پخش شوند که به این منظوراز فرآیند آسیاکاری گلوله ای ماهوار های استفاده شد که شماتیک دستگاه در شکل 2 آورده شده است . آسیاکاری پودر آلومینیوم به همراه تقویت کننده - کاربیدسیلسیم - درمحیط گاز آرگون به مدت زمان یک ساعت با سرعت 600 دور بر دقیقه و با نسبت وزن گلوله به پودر - - 10:1 با گلوله های فولادی زنگ نزن ضد انجام شد .
