بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق اثر نحوه ادغام پودرهای اولیه بر فرآوری کامپوزیت هیبریدی Cu/SiC/MoS2 مطالعه شده است. به منظور دستیابی به یک توزیع یکنواخت از ذرات درون فاز زمینه از دو روش آسیا کم انرژی و اختلاط معمولی استفاده شد . نمونه ها تحت فشار 600 مگاپاسکال پرس و در محیط احیایی کربن با دمای 880 درجه سانتیگراد تف جوشی شدند.
سپس ریزساختار نمونه ها مورد مطالعه میکروسکوپی قرار گرفت. نتایج تاثیر مناسب مخلوط کردن بدون استفاده از آسیا را نشان می دهد. تف جوشی نمونه ها در محیط احیایی نیز به نحو مناسبی بر چگالی نمونه ها تاثیر گذاشته است. برای بررسی خواص سایشی نمونه ها آزمون سایش به عمل آمد که نتایج نشان می دهند که افزودن ذرات تقویت کننده موجب کاهش ضریب اصطکاک شده است.
مقدمه
ویژگی مواد کامپوزیتی زمینه فلزی به وسیله ی ریزساختار آن ها تعیین میشوند، که تحت تاریخچه تولید خود میباشند. این ترکیبات شامل ساختار زمینه و تقویت کننده میباشند. ترکیب شیمیایی، دانه، دانه فرعی، بافت، رسوب سختی و نقص شبکه در مورد زمنیه بسیار مهم هستند. همچنین، فاز دوم با درصد حجمی، نوع، اندازه و پراکندگی خود شناسایی میشود.[1]
مواد تقویت کننده در کامپوزیت های زمینه فلزی به صورت ذره ای یا رشته ای برای افزایش استحکام و سفتی استفاده میشوند. در بیشتر مواقع از سرامیک ها برای فاز تقویت کننده استفاده میشود که به صورت اکسیدی، کاربیدی، نیتریدی و غیره میباشد. خصوصیات این مواد در استحکام و سفتی در دمای پایین ودمای بالا باقی میمانند. مثال های متداول برای این نوع تقویت کننده ها استفاده از سرامیک های SiC، Al2O3، TiB2، B4C و گرافیت میباشد. میتوان از تقویت کننده های فلزی نیز استفاده کرد اما استفاده آن کم میباشد .[2]
روش فرآوری را به سه گروه تقسیم بندی میکنند : - 1 فرآوری فاز مذاب - 2 فرآوری حالت جامد و - 3 فرآیندهای فاز جامد-مذاب .[3] ریخته گری یا فرآوری فاز مذاب به علت قیمت پایین برای تولید MMC ها بسیار جذاب میباشد. البته پخش نامنظم تقویت کننده ها، آگلومره شدن در حین انجماد و واکنش های سطحی که باعث مشکلاتی در بعضی شرایط میشوند. متالورژی پودری جایگزین خوبی به نظر میآید که این مشکلات را نداشته باشد. قیمت پایین و نیاز نداشتن به ماشین کاری نیز استفاده آن را زیاد کرده است. البته تخلخل زیاد باعث محدود کردن خواص مکانیکی این مواد میشوند که تحقیقات زیادی برای کم کردن این تخلخل ها انجام شده است تا استحکام ماده افزایش بیابد. [4]
مس به علت قیمت پایین و در دسترس بودن مورد توجه قرار گرفته است. در کنار آن کامپوزیت های زمینه مسی خواص عالی دارند از جمله: استحکام بالا، انتقال حرارت بالا و مقاومت به خوردگی بالا. به همین دلیل آن ها در صنایع ماشینی، مبدل حرارتی در صنایع پتروشیمی،سیستم سرد کننده آب و تزیینات خارجی به کار برده میشوند.[5] در همین راستا، خواص مس و برتری های روش متالورژی پودر، کامپوزیت پودری مس را موضوع تحقیقات کرده است.[4]
کاربید سیلیکون به صورت گسترده برای پایداری دمایی، رسانایی گرمایی، سختی و ظرفیت گرمایی بالا روی آن تحقیق شده است. نقطه ذوب این سرامیک 2600 درجه سانتی گراد است و تقویت کننده مناسبی به شمار می آید .[6] در مجموع، کامپوزیت Cu/SiC، خواص داکتیلیتی و چقرمگی مس و خواص استحکام و مدول بالای SiC را نشان میدهند.[7]
از سوی دیگر، روانکارها روی سایش و اصطکاک کامپوزیت ها بسیار موثر هستند اما خواص مکانیکی را تخریب می کنند. اگرچه خواص مکانیکی کامپوزیت ها با افزایش مقدار روان کارهایی مثل گرافیت و مولیبدن دی سولفید کاهش مییابد، استفاده از ذرات روان کار پوشش داده شده با مس باعث بهبود استحکام خمشی میگردد.[8] در این پژوهش با ایجاد ترکیب Cu، SiC و MoS2 سعی شده است تا با روش متالورژی پودر خواص دو تقویت کننده در قالب یک کامپوزیت هیبریدی نمایان شود. به طور ویژه بر روی روش فرآوری، ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش بحث شده است.
مواد و روش تحقیق
پودر مس با اندازه ذرات 45< میکرومتر به همراه پودر SiC با میانگین ذرات 11 میکرومتر و پودر های 45<MoS2 میکرو متر به عنوان مواد اولیه کامپوزیت هیبریدی انتخاب شدند. در زمان استخراج MoS2 پودر ها آغشته به مقدار زیادی گازوئیل می شوند که روی خواص ماده تاثیر منفی می گذارد. بنابرین پودر های قبل از استفاده به روش مناسب استون شویی شدند.
برای دست یابی به بهترین نتیجه پودرهای مس و MoS2 به دو روش همزن معمولی و آسیا کم انرژی مخلوط شدند. در آسیای کم انرژی نسبت وزن گلوله به پودر آن 1:5 بوده و به مدت 20 دقیقه مخلوط می گردد. نتایج این دو روش با هم مقایسه شد و بهترین روش مخلوط سازی انتخاب شد. اندازه پودر های مس و MoS2 در آسیا کاری مکانیکی دچار تغییر می شود که روی دقت آزمون تاثیر می گذارد. در جدول 1 درصد وزنی مخلوط های پودری تهیه شده آورده شده است.
نمونه ها تحت فشار 600 مگا پاسکال به صورت قرص های 2/5 سانتیمتری در وزن های 25 گرمی پرس شده و در دمای 880 درجه سانتیگراد به مدت 90 دقیقه در محیط احیایی تف جوشی شدند. محیط احیایی با استفاده از یک جعبه در بسته فولادی که با پودر زغال پر شده است مهیا شده است. روش دوم تف جوشی استفاده از محیط نیتروژن می باشد.
نمونه مس خالص در دمای 880 درجه سانتی گراد به مدت 90 دقیقه روی پایه کوارتزی با دمش نیتروژن تف جوشی شد. به منظور مشاهده ساختار کامپوزیت و اطمینان از همگن بودن نمونه ها، متالوگرافی صورت می گیرد. با سنباده زنی و پولیش، نمونه ها برای عکس برداری با استفاده از میکروسکوپ نوری آماده سازی می شوند. نمونه های پولیش شده به روش برینل با استاندارد ASTM-E10 سختی سنجی می شدند.
