مقايسه ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت Al-B4C توليد شده به روشهاي ريختهگري گردابي، متالورژي
پودر و آلياژسازي مكانيكي

علي عليزاده1، عليرضا عبدالهي2 و زينب نصيري*,3
1-استاديار مجتمع مواد و فناوري هاي ساخت، دانشگاه صنعتي مالك اشتر، تهران، ايران
2-دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي مواد مركب، دانشگاه صنعتي مالك اشتر، تهران، ايران
3- دانشجوي دكتري مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي مالك اشتر، تهران، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت: 03/08/1391، تاريخ پذيرش:23/11/1391)

چكيده
در اين تحقيق نانوكامپوزيت Al-2wt.%B4C به سه روش ريختهگري گردابي، متالورژي پودر و آلياژسازي مكانيكي توليد گرديد. در روش ريختهگري گردابي نانو ذرات B4C با متوسط اندازه ذرات nm80 به آلومينيوم مذاب اضافه گرديد و مخلوط حاصل در دماي Co850 در قالب فولادي ريختهگري شد. در روشهاي متالورژي پودر و آلياژسازي مكانيكي نيز پس از مخلوط كردن پودرهاي Al و B4C و توليد پودر كامپوزيتي، از فرآيند پرس ايزواستاتيك سرد (CIP) براي شكلدهي پودرها استفاده شد. در نهايت در هر سه روش، نانوكامپوزيت ساخته شده تحت عمليات اكستروژن داغ قرار گرفت. براي بررسي ريزساختار از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، ميكروسكوپ نوري و آناليز XRD و براي مقايسه خواص مكانيكي از آزمون كشش، فشار و سختي در هر سه حالت استفاده گرديد. نتايج حاصل نشان ميدهند كه نانوكامپوزيت توليد شده به روش آلياژسازي مكانيكي بيشترين ميزان يكنواختي در توزيع ذرات و نيز بالاترين استحكام و سختي را دارد.

واژه هاي كليدي:
نانوكامپوزيت Al-B4C، آلياژسازي مكانيكي، متالورژي پودر، ريختهگري گردابي، خواص مكانيكي، ريزساختار

1-مقدمه
كامپوزيـت هـاي زمينـه آلـومينيمي در مقايسـه بـا مـواد مهندسـيمتـداول ب ه دلي ل خ واص مكـانيكي و فيزيك ي مناس ب ب ه ط ورگستردهاي در صنايع مختلف مانند صنايع نظامي، خودروسازي و هوافضا مورد استفاده قرار مي گيرند [1-4]. فاز تقويتكننـده دراين كامپوزيتها ممكن است به شكل ذره، الياف پيوسته، اليـافكوتاه يا ويسـكر باشـد، امـا تقويـتكننـده هـاي ذره اي بـه خـاطرفرآينــد ســاخت راحــت تــر و ايجــاد خــواص ايزوتروپيــك دركامپوزيت، بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرند[5-7].
متداولترين ذرات سراميكي كه در ساخت كامپوزيتهاي زمينـهآلوميني ومي از آنه ا اس تفاده م يش ود عبارتن د از: SiC [8-9]،3TiB2 ،[13-12] ZrO2 ،[11-10] Al2O [14]و. اين ذرات مي-توانند در مقياس نانو و ميكرون مورد استفاده قرار گيرند.
در بين ذرات سراميكي، كاربيد بـور(B4C) بـه دليـل نقطـه ذوبزياد (Co2450)، مدول بالا (GPa445)، پايداري حرارتي خوب، سـختي بـالا (كاربيـد بـور بـا سـختيHV 3700 بعـد از الم اس وCBN سومين ماده سخت جهان محسوب مي شـود)، مقاومـت بـهسايش و ضربه زياد، سطح مقطـع جـذب نـوترون بـالا، و دانسـيتهپ ايين (3gr/Cm54/2) ب ه تقوي تكننـدهاي مناس ب در س اخت كامپوزيتهاي زمينه آلومينيومي تبديل شده است. علاوه بر ايـن،بـ ه دليـ ل قابليـ ت بـ الاي ايزوتـ وپ 10B در جـ ذب نـ وترون، كامپوزيتهاي Al-B4C كاربردهاي ويـژه اي در صـنايع هسـتهاي پيدا كردهاند. اين كامپوزيتها داراي خواص ويژهاي نظير نسبت اس تحكام ب ه وزن ب الا، مقاومـت سايشـي و خ واص مك انيكيمطل وب در مقايس ه ب ا س اير كامپوزي ته اي زمين ه آلوميني ومي هستند[5و15-16]. سه روش عمده براي ساخت اين كامپوزيت-ها وجود دارد كه شامل روشهاي حالت جامد (ماننـد متـالورژيپودر و آلياژسازي مكـانيكي [17-18])، روشهـاي نيمـهجامـد وروشهاي حالت مايع (مانند ريختهگـري گردابـي[5-19]) مـي -باشد.
فرآيند ريختهگري گردابي كه يكـي از انـواع روشهـاي حالـتم ايع اس ت داراي مزاي ايي مانن د س ادگي و ك م هزين ه ب ودن،انعطافپذيري و قابليت استفاده بـراي گسـترهي وسـيعي از مـوادم يباش د. ب ا اي ن وج ود اي ن روش مش كلاتي ني ز دارد؛ مانن دترشوندگي كم، جدايش، آگلومره شدن و توزيـع غيريكنواخـت ذرات تقويت كننده در زمينه. اما روشهاي حالـت جامـد (ماننـدمت الورژي پ ودر و آلياژس ازي مك انيكي ) توزي ع يكن واختي از ذرات ثانويه در زمينه را ايجاد ميكنند. بنـابراين كامپوزيـتهـايتوليد شده با اسـتفاده از ايـن روشهـا داراي خـواص ايزوتـروپميباشند. عـلاوه بـر ايـن، چـون دمـا در ايـن روشهـا نسـبت بـه روشهاي حالت مايع (مانند ريختـهگـري گردابـي) بسـيار كمتـر
اســت بنــابراين از انجــام واكــنشهــاي ناخواســته بــين زمينــه و تقويتكننده كه معمولاً منجر به افت خواص مكانيكي ميشوند، جلوگيري به عمل ميآيد. روشهـاي نيمـه جامـد نيـز تلفيقـي ازمزايا و معايب روشهاي حالت جامد و مايع را دارا ميباشـند [9-
15و20-21].
در ايــن تحقيــق، نانوكامپوزيــتAl-2wt.%B4C بــه ســه روشمتالورژي پودر، ريختهگري گردابي و آلياژسازي مكانيكي توليد شده و ريزساختار و خواص مكانيكي آنهـا بـا يكـديگر مقايسـهگرديد.

2-روش تحقيق
در اين تحقيق، پودر Al-2wt.%Cu توليد شده در دانشگاه صنعتي مالك اشتر (اتميزه شده به وسيله گاز آرگون) با متوسط اندازه ذرات 27 ميكرون به عنوان آلياژ زمينه مورد استفاده قرار گرفت. تصوير SEM پودر Al اوليه در شكل(1الف) نشان داده شده است. نانوذرات B4C با متوسط اندازه ذرات nm80 نيز به عنوان تقويتكننده استفاده شد. شكل (1ب) مورفولوژي ذرات B4C كه به وسيله ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) مدل
Philips FEGC200 گرفته شده است را نشان ميدهد.
نمونههاي ريختهگري (CA) با استفاده از يك كوره مقاومتي مجهز به سيستم همزن توليد شدند. بدين صورت كه پس از ذوب شدن شمش آلومينيوم، ذرات B4C به مذاب اضافه شده و مخلوط حاصل به مدت 13 دقيقه و با سرعت rpm420 به هم زده شد[ 5-19 ]. سپس مذاب كامپوزيتي در دماي Co850 و در قالب فولادي استوانهاي شكل، ريختهگري شد.

شكل (1): الف) تصوير SEM پودر آلومينيوم اوليه و ب) تصوير TEM پودر
B4C اوليه

براي ساخت نمونههاي متالورژي پودر (Mix) و آلياژسازي مكانيكي (MA)، ابتدا پودر Al-2wt.%Cu در دستگاه آسياب ماهوارهاي (Fritsch, model Pulverisette 6) در دماي اتاق و در اتمسفر آرگون به مدت 20 ساعت (با نسبت گلوله به پودر 10:1) آسياب شد. سپس پودر آسياب شده با 2% وزني پودر B4C مخلوط شده و براي ساخت نمونههاي MA عمليات آسياب با شرايط فوق دوباره تكرار گرديد. براي شكلدهي پودرهاي Mix و MA نيز از دستگاه پرس ايزواستاتيك سرد (CIP) ساخت كشور آلمان و از نوع KIP500E-KIP100E استفاده شد.
در نهايت، فرآيند اكستروژن داغ بر روي هر سه نمونه در دماي Co550 و با نسبت اكستروژن 10:1 صورت گرفت. دستگاه اكستروژن داغ مورد استفاده در اين تحقيق (ساخته شده در دانشگاه صنعتي مالك اشتر) شامل يك قالب اكستروژن فولادياز جنس فولاد H13 است كه داخل يك كوره استوانهاي شكلو در اتمسفر هوا قرار ميگيرد. در قسمت انتهايي كوره نيز يك روزنه به قطر mm15 و دقيقاً در راستاي روزنه قالب اكستروژن تعبيه شده است. فشار لازم نيز توسط يك دستگاه پرس هيدروليك bar700 اعمال ميشود.
لازم به ذكر است كه يك نمونه مرجع (CG) نيز با استفاده از پودر Al آسياب نشده (بدون تقويتكننده) از طريق فرآيند پرس ايزواستاتيك سرد و سپس اكستروژن داغ، جهت مقايسه خواص، توليد گرديد.
براي مقايسه خواص مكانيكي، نمونه هاي آزمون كشش با قطر mm4 و طول گيج mm14 (طبق استاندارد ASTM B557) تهيه و آزمون در هر چهار حالت در دماي اتاق و با سرعت بارگذاري mm/min1 انجام شد. سختي ويكرز نيز بر روي تمامي نمونهها با نيروي اعمالي 10 كيلوگرم و دقيقاً از وسط آنها گرفته شد.
ريزساختار نمونهها نيز با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مدل Philips-XL30، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، ميكروسكوپ نوري مدل LEITZ آلمان و دستگاه آناليز XRD مدلSeifert3000PTS مورد بررسي قرار گرفت.
به منظور محاسبه اندازه دانههاي زمينه در نمونههاي Mix و CA از نرمافزار Clemex V. 5.0 (طبق استاندارد 96-112ASTM) [22] و در نمونه MA (به دليل حضور در گستره نانومتري) از رابطة ويليامسون- هال استفاده شد:

BsCosθ = (Kλ/d) + 2εSinθ (1)

در اين رابطه، K ثابت شرر (05/1)، λ طول موج اشعه X (od ،(1/54A اندازه دانه آلياژ زمينه، θ زاويه تفرق و ε كرنش داخلي ذرات ميباشد. Bs كه مربوط به پهناي پيك است از رابطه زير بدست ميآيد:
(2) 2Bs2 = Be2 – Biدر رابطه فوق، Bi پهناي پيك مربوط به دستگاه و Be عرضپيك نمونه مورد نظر در نصف ارتفاع ماكزيمم (FWHM) ميباشد[17و23و24].

نتايج و بحث
3-1- ريزساختار
ريزساختار كامپوزيتهاي Mix ،CA و MA در شكلهاي 2 و 3 نشان داده شده است. اولين نكتهاي كه بايد به آن اشاره شود اين است كه در حين اكستروژن، تغييرات ساختاري زيادي رخ مي-دهد. اين تغييرات شامل جهتگيري ذرات در طول محور اكستروژن (شكل 3ب)، تبلور مجدد دانههاي زمينه و بسته شدن تخلخل ها ميباشد [25].

CAMASEM شكل (2): تصوير : الف) نمونه و ب) نمونه

از آنجاييكه نحوه توزيع ذرات B4C در زمينه تعيينكننده خواص نهايي است، پس ابتدا اين پارامتر مورد بررسي قرار ميگيرد.
ريزساختار نمونه CA (شكل 2ب) نشاندهنده توزيع غيرهمگن ذراتB4C در زمينه است. علاوه بر اين، آگلومره شدن ذراتنيز قابل مشاهده است. اين عدم توزيع يكنواخت ميتواند به دليلترشوندگي كم ذرات سراميكي توسط مذاب آلومينيوم باشد. اين درحاليست كه در نمونههاي Mix و MA (شكلهاي2 الف و 3 الف) ذرات ثانويه به طور يكنواخت توزيع شده و از آنجاكه دما نسبت به روش ريختهگري پايينتر است بنابراين فازهاي ناخواسته در ساختار به وجود نميآيند [22و26-28]. اين مسئله توسط الگوهاي پراش اشعه X كه در شكل 4 نشان داده شدهاند نيز تأييد ميشود. همانطور كه در اين شكلها ديده ميشود، در الگوي پراش نمونه CA چند پيك اضافي وجود دارد كه بيانگر حضور فازهاي واكنشي است (اين فازها احتمالاً Al3BC هستند [29])، اما در الگوهاي پراش نمونههاي Mix و MA پيك اضافي وجود ندارد.

شكل (3): ريزساختارنمونه Mix: الف) تصوير SEM و ب) تصوير
ميكروسكوپ نوري در جهت اكستروژن

ريزساختار نمونه Mix (شكل 3الف) اگرچه نشاندهنده توزيع يكنواختتر ذرات B4C نسبت به نمونه CA است اما در برخي از نقاط، خوشهاي شدن ذرات نيز مشاهده ميشود [30] (شكل5)؛البته تعداد و سايز اين خوشهها در مقايسه با نمونه CA بسياركمتر است. در ضمن، نواحي سفيد رنگ موجود در شكل 3الف مربوط به اثرات باقيمانده از مراحل پوليش و اچ ميباشد. براي جلوگيري از خوشهاي شدن ذرات (كه در ريزساختار نمونههاي CA و Mix به وضوح قابل مشاهده است)، ميتوان از روش آلياژسازي مكانيكي استفاده كرد[30]. يكي از مهمترين مزيت -هاي روش MA نسبت به روش Mix، دستيابي به توزيع كاملاً يكنواخت ذرات به دليل ريزدانه شدن ساختار (جدول 1) در حين انجام فرآيند است[31].

3146298-2950892

162306-2635424

شكل (5): تصوير TEM نمونه Mix

همانطور كه گفته شد، در حين اكستروژن گرم (در هر سه حالت) ذرات به عنوان مكانهاي جوانه زني براي تبلور مجدد دانههاي جديد زمينه عمل ميكنند و اين امر سبب ريزشدن اندازه دانهها در طول فصل مشترك ذره/ زمينه خواهد شد[25].
اما با توجه به اين مسئله كه توزيع ذرات در نمونههاي MA و
Mix يكنواختتر از نمونه CA است، پس تعداد مكانهاي
MA Mix CA X جوانهزني براي تبلور مجدد دانههاي زمينه بيشتر بوده و بنابراينشكل (4): الگوي پراش اشعه نمونههاي: الف) ، ب) وج)

به علاوه، چون زمان آسياب در فرآيندMA نسبت به فرآيندMix بسيار بيشتر است، بنابراين آلياژسازي مكانيكي باعثكاهش اندازه ذرات پودر Al و B4C از طريق شكسته شدن آنها شده [11و17و30] و اين خود منجر به توزيع يكنواختتر ذرات ثانويه در مقايسه با روش Mix ميشود.

جدول (1): اندازه دانههاي زمينه آلومينيومي در نمونههاي Mix ،CA و MA

روش محاسبه اندازه دانه اندازه دانه زمينه نمونه
رابطه ويليامسون- هال 60nm MA
نرمافزار Clemex 3µm Mix
نرمافزار Clemex 7µm CA
ساختار كامپوزيتهاي MA و Mix ريزدانهتر از كامپوزيت توليدشده به روش CA ميباشد. اين موضوع توسط دادههاي جدول 1نيز تأييد ميشود.

3-2- خواص كششي
نتايج به دست آمده از آزمون كشش، فشار و سختي در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول(2): نتايج به دست آمده از آزمون كشش، فشار و سختي

استحكام تسليم
(MPa) استحكام نهايي
(MPa) سختي
(HV) روش ساخت
كششي فشاري كششي فشاري 105 130 195 600 150 CA
90 95 185 528 130 CG
115 170 205 649 170 Mix
405 590 515 810 320 MA

كاملاً واضح است كه بيشترين استحكام و سختي مربوط به نمونه MA ميباشد. همانطور كه در بخش قبل توضيح داده شد، در نمونههاي CA نانو ذرات كاربيد بور عمدتاً بصورت آگلومره-هاي درشت در مرزدانههاي آلومينيوم زمينه تجمع كردهاند. بنابراين يكي از دلايل افت استحكام اين كامپوزيتها توزيع نامناسب نانو ذرات كاربيد بور در زمينه ميباشد. تحت اين شرايط مكانيزم استحكام بخشي ارووان نسبت به كامپوزيتهاي توليدي به روش Mix و MA كه توزيع مناسبتري از ذرات در زمينه را دارند،كمتر مي باشد. به عبارت ديگر، طبق رابطه:
Τ = Gb/λ (2)

كه در آن λ فاصله بين ذرات ثانويه، G مدول برشي، b برداربرگرز نابجايي و τ تنش لازم براي عبور نابجايي از بين ذرات ثانويه است، چون در نمونههاي Mix و MA فاصله بين ذرات (λ) در مقايسه با نمونههاي CA كمتر است، تنش لازم (τ) براي عبور نابجاييها از بين ذرات تقويتكننده نيز بيشتر بوده و بنابراين استحكام آنها نيز بيشتر است[32].
شكل (6) تصوير TEM از قفل شدن نابجايي ها به وسيله ذرات و آگلومرهها در ساختار نانوكامپوزيت توليدي به روش Mix را پس از آزمون كشش نشان ميدهد. همانگونه كه مشاهده مي -شود دانسيته نابجاييها در اطراف ذرات وآگلومرهها بيشتر از ساير نواحي است كه اين مسئله منجر به ايجاد كارسختي در قطعه شده و استحكام را افزايش ميدهد.

شكل(6): تصوير TEM از ريزساختار نمونه Mix پس از آزمون كشش كه نشاندهنده قفل شدن نابجاييها در اطراف ذرات و آگلومرهها ميباشد.

از ديگر عوامل تاثيرگذار بر استحكام كامپوزيتهاي توليدي به روش MA اتصال قوي بين تقويتكننده و زمينه ميباشد كه به انتقال بار موثرتر كمك ميكند. در روش MA به دليل شكست و جوش سرد متوالي كه در حين فرآيند آسياب اتفاق ميافتد فصل مشترك قوي و عاري از عيب تشكيل ميشود. همچنين پخش اكسيد سطحي آلومينيوم در داخل زمينه در هنگام آسياب مكانيكي ميتواند عامل افزايش استحكام باشد.
از طرف ديگر، اندازه ريزتر دانههاي زمينه در كامپوزيتهاي توليدي به روشMA نسبت به كامپوزيتهاي توليد شده به روش Mix (جدول 1) بر اساس مكانيزم هال- پچ باعث افزايش تنشتسليم در اين كامپوزيتها ميشود. به عبارت بهتر بر اساسرابطه:
σo = σi + KD−1/2

كه در آن oσ تنش تسليم، σi تنش اصطكاكي (تنش مقاوم در برابر حركت نابجاييها)، D قطر دانهها و K يك عدد ثابت است، چون تنش تسليم با اندازه دانهها رابطه معكوس دارد بنابراين هرچه اندازه دانهها كوچكتر باشد تنش تسليم بيشتر است[32]. نتيجه آنكه طبق رابطه (3) چون اندازه دانههاي زمينه در كامپوزيت MA از كامپوزيتهاي Mix و CA كوچكتر است (جدول 1) بنابراين تنش تسليم نيز بيشتر خواهد بود.

3-3- آزمايش فشار
با توجه به جدول 2 واضح است كه با افزودن ذرات B4C استحكام كششي و فشاري نمونههاي كامپوزيتي در مقايسه با نمونه تقويتنشده (CG) افزايش يافته است كه اين مسئله به وسيله قانون مخلوطها نيز تأييد ميشود [32]. اما علت كمتر بودن استحكام فشاري و كششي نمونه CA نسبت به نمونههاي Mix و MA، انجام واكنش بين مذاب و ذرات B4C است كه منجر به توليد تركيبات بين فلزي ترد مانند Al3BC در فصل مشترك ذره/زمينه ميشود (شكل 4)[29]. اين تركيبات بين فلزي باعث تضعيف فصل مشترك شده و بنابراين منجر به كاهش استحكام فشاري (و كششي) نمونه CA ميشوند.
در مورد نمونه MA فاكتورهاي مختلفي وجود دارند كه باعث افزايش استحكام فشاري آن نسبت به نمونههاي Mix و CA مي -شود. از جمله ساختار بسيار دانهريز زمينه در كامپوزيت MA (جدول 1) كه طبق قانون هال- پچ منجر به افزايش استحكام كامپوزيت ميشود (ساختارهاي دانهريز، مرزدانههاي بسيار زيادي دارند كه اين مرزدانهها به عنوان مانع در برابر حركت نابجاييها عمل ميكنند) [32-33].
دليل ديگر، وجود پيوند قوي بين ذره و زمينه در نمونه MA مي -باشد كه جوانهزني ترك به ويژه در مراحل اوليه تغيير فرم پلاستيك (بشكهاي شدن) را به تأخير انداخته و بنابراين استحكام فشاري را افزايش ميدهد[22].
البته بيشتر بودن استحكام فشاري نمونههاي MA و Mix نسبت به كامپوزيت CA را ميتوان با استفاده از رابطه 1 نيز توضيح داد.
بدين ترتيب كه: چون فاصله بين ذرات ثانويه (λ) در نمونههاي MA و Mix كمتر از نمونه CA است بنابراين تنش لازم براي عبور نابجاييها از بين ذرات (τ) بيشتر بوده و استحكام فشاري نيز بيشتر است.

3-4- سختي
با توجه به نتايج نشان داده شده در جدول 2، كاملاً واضح است كه سختي نمونههاي كامپوزيتي (در هر سه حالت Mix ،MA و CA)، به دليل حضور نانوذرات سراميكي كاربيد بور، از آلياژ تقويت نشده (نمونه CG) بيشتر است. افزايش سختي به دليل حضور ذرات سراميكي، توسط قانون مخلوطها نيز تأييد ميشود
[22و32و34].
همانطور كه در جدول 2 ديده ميشود، سختي نمونههاي MA و Mix در مقايسه با نمونه CA بيشتر است. اين ميتواند به دليل توزيع يكنواختتر ذرات ثانويه و كمتر بودن فاصله بين آنها در نمونههاي MA و Mix باشد.
از طرف ديگر پديده خوشهاي شدن در نمونه توليد شده به روش CA نيز، بر كاهش سختي آن مؤثر است. اين مسئله در مقايسه سختي كامپوزيتهاي MA و Mix نيز صادق است، يعني در نمونه توليد شده به روش MA چون توزيع ذرات ثانويه يكنواختتر و فاصله بين آنها كمتر از نمونه Mix است بنابراين سختي آن نيز بيشتر است.
بايد به اين نكته اشاره شود كه قانون هال- پچ در مورد سختي نيز صدق ميكند. به اين ترتيب كه طبق رابطه:
H = H0 + KD-1/2 (۴)

كه در آن 0H سختي نمونه درشتدانه (آنيل شده)، D اندازه دانهها و K يك عدد ثابت است[22و35]، هرچه اندازه دانههايزمينه كوچكتر باشد سختي نمونه بيشتر است. بنابراين ازآنجاييكه اندازه دانههاي نمونه MA در مقايسه با نمونههاي CA وMix كمتر است (جدول 1) پس طبق رابطه 4، سختي آن نيز بيشتر خواهد بود. برعكس، چون اندازه دانههاي كامپوزيت CA بزرگتر از دانههاي MA و Mix است بنابراين سختي آن نيز كمتر است.

4- نتيجهگيري

ريزساختار نمونه CA نشاندهنده توزيع غيرهمگن ذرات B4C در زمينه است. علاوه بر اين، آگلومره شدن ذرات نيز قابل مشاهده است. اين عدم توزيع يكنواخت ميتواند به دليل ترشوندگي كم ذرات سراميكي توسط مذاب آلومينيوم باشد. اين درحاليست كه در نمونههاي Mix و MA ذرات ثانويه به طور يكنواخت توزيع شده و از آنجاكه دما نسبت به روش ريختهگري پايينتر است، بنابراين فازهاي ناخواسته در ساختار به وجود نميآيند.
نمونه MA در مقايسه با نمونههاي Mix ،CG و CA بيشترين سختي، استحكام كششي و فشاري را دارد. اين مسئله دلايل متعددي دارد كه مهمترين آنها عبارتند از: توزيع يكنواخت ذرات ثانويه در زمينه، ريزدانه بودن ساختار زمينه و اتصال قوي بين ذره و زمينه در فصل مشترك. البته با استفاده از روابط هال- پچ و ارووان نيز ميتوان اين موضوع را اثبات كرد.

5- مراجع

S. Rawal, “Metal-Matrix Composites for Space Applications”, MMCs for Space, 2001.
W. H. Hunt, D. B. Miracle, “Automotive Applications of Metal-Matrix Composites”, Air Force Research Laboratory.
D. B. Miracle, “Aeronautical Applications of Metal-Matrix Composites”, Air Force Research Laboratory.
S. Suresh, A. Mortensen & A. Needleman,
“Fundamentals of Metal- Matrix Composites”, Butterworth-Heinemann, London, 1993.
A. Alizadeh, E. Taheri-Nassaj & M.
Hajizamani, “Hot Extrusion Process Effect on Mechanical Behavior of Stir Cast Al Based Composites Reinforced with Mechanically Milled B4C Nanoparticles”, Journal of Materials Science Technology, Vol. 27(12), pp 1113-1119, 2011.
B.H .Torres, L. Ibanez & J.A. Garcia-Escorial,
“Mechanical properties of some PM aluminide and silicide reinforced 2124 aluminium matrix composites”, Scripta Materiali., 2002.
Y. Sahin, S. Murphy, “The effect of fiber orientation of the dry sliding wear of borsicreinforced 2014 aluminum alloy”, Journal of Materials Science, Vol. 34, pp 5399–5407, 1996. ز. سراجان، “بررسي پارامترهاي مؤثر بر خواص مكانيكي [8] فصلنامه ،”SiC كامپوزي ت زمينه فلزي آلومينيوم خالص با ذرات .1386 ريختهگري، سال 27، شماره 87، صص 67-71، تابستان
B. Ogel, R.. Gurbuz,”Microstructural characterization and tensile properties of hot pressed Al–SiC composites prepared from pure Al and Cu powders”, Materials Science and Engineering A, Vol. 301, pp. 213–220, 2001.
S.A. Sajjadi, M. Torabi Parizi, H.R. Ezatpour & A. Sedghic, “Fabrication of A356 composite reinforced with micro and nano Al2O3 particles by a developed compocasting method and study of its properties”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 511, pp 226– 231, 2012.
Z. Miskovic, I. Bobic, S. Tripkovic, A. Rac & A. Vencl, “The Structure and Mechanical
Properties of an Aluminium A356 Alloy Base Composite With Al2O3 Particle Additions”, Tribology in industry, Vol. 28, pp 23-27, 2006. [12] م. كريمي، ح. عبديزاده و ح. بهاروندي، “ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت زمينه آلومينيومي با ذرات پودر نانو زيركونيا توليد شده به روش ريختهگري گردابي”، دومين همايش دانشجويي فناوري نانو، دانشگاه كاشان، شهريور 1386.
م. باغچهسرا، ح. عبديزاده و ح. بهاروندي، “توليد كامپوزيت زمينه Al با فاز دوم 2ZrO توسط روش اختلاط مستقيم و بررسي ريزساختار آن”، فصلنامه ريختهگري، سال 27، شماره 89، صص
30-38، بهار 1387.
L. Lu, M.O. Lai, X.P. Niu & et al., “In situ formation of TiB2 reinforced Aluminum via mechanical alloying”, Z METALLKD, Vol. 8, pp 567-572, 1998. ح. لشگري، م. امامي، “بررسي تأثير استرانسيوم بر ريزساختار [15] فصلنامه ريختهگري، سال ،”A356-B4C كامپوزيتهاي ريختگي
27، شماره 90، صص 2-11 تابستان 1387.
A. Alizadeh, E. Taheri-Nassaj & N. Ehsani, “Synthesis of boron carbide powder by a carbothermic reduction method” Journal of the European Ceramic Society, Vol. 24, pp 3227– 3234, 2004.
A. Alizadeh, E. Taheri-nassaj & H. R. Baharvandi, “Preparation and investigation of Al–4 wt% B4C nanocomposite powders using mechanical milling”, Bull. Materials Science, Vol. 34, pp. 1039–1048, 2011.
A. Alizadeh, E. Taheri-Nassaj, “Mechanical properties and wear behavior of Al–2 wt.% Cu alloy composites reinforced by B4C nanoparticles and fabricated by mechanical milling and hot extrusion”, Material
Charanterization, Vol. 67, pp. 119-128, 2011.
A.Alizadeh, E.Taheri-nassa & M.Hajizamani, “Investigation of Mechanical Behavior of Stir Casted Al Based Composites Reinforced With B4C Nanoparticles”, Advanced Materials Research, Vols. 383-390, pp 2728-2732, 2012. [20] A. Ansary Yar, M. Montazerian, H. Abdizadeh & H.R. Baharvandi,
“Microstructure and mechanical properties of aluminum alloy matrix composite reinforced with nano-particle MgO”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 484, pp. 400–404, 2009.
H.X. Peng, Z. Fan, D.S. Mudher & J.R.G. Evans, “Microstructures and mechanical properties of engineered short fiber reinforced aluminium matrix composites”, Materials Science and Engineering A, Vol. 335, pp. 207– 216, 2002.
M .Rahimian, N.Parvin & N.Ehsani,
”Investigation of particle size and amount of alumina on microstructure and mechanical properties of Al matrix composite made by powder metallurgy”, Materials Science and Engineering A, Vol. 527, pp. 1031–1038, 2010.

ر. اسديفرد، ن. پروين، ج. آقازاده و پ. صفارزاده، “بررسي تأثير فرايند آلياژسازي مكانيكي بر مورفولوژي و اندازه دانه پودرهاي كامپوزيتي Al6061-SiCp”، هشتمين كنگره سالانه انجمن مهندسين متالورژي ايران، دانشكده مهندسي مواد دانشگاه صنعتي اصفهان، مهرماه 1383.
S.S. Razavi Tousi, R. Yazdani Rad, E. Salahi, I. Mobasherpour & M. Razavi, “Production of Al–20 wt.% Al2O3 composite powder using high energy milling”, Powder Technology, Vol. 192, pp. 346–351, 2009.
N.Chawla, k.k.Chawla, “Metal Matrix Composites”, Springer, New York, 2006.
V. Laurent , D. Chatain & N. Eustathopoulos,” Wettabillity of SiO2 and oxidize SiC by aluminium”, Materials Science and Engineering A: Structural Materials: Properties”, Microstructure and Processing. Vol .135(1-2), pp 89-94, 1991.
B. Ogel, R. Gurbuz, “Microstructural characterization and tensile properties of hot pressed Al–SiC composites prepared from pure Al and Cu powders”, Materials Science and Engineering A, Vol. 301, pp. 213–220, 2001.
J.M. Torralba, C.E. da Costa & F. Velasco, “P/M aluminum matrix composites: an overview”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 133, pp. 203–206, 2003.
J.C. Viala, J.Bouix, G.Gonzalez & C.Esnouf, “Chemical Reactivity of Aluminum with Boron Carbide” Journal of Material Science, vol.32, pp 4559-4573, 1997.
J. Corrochano, M. Lieblich & J. Ibanez, “The effect of ball milling on the microstructure of powder metallurgy aluminium matrix composites reinforced with MoSi2 intermetallic particles”, Composites: Part A, Vol. 42, pp. 1093–1099, 2011.
C.Nie, J. Gu, J.Liu & D.Zhang, “Investigation on microstructures and interface character of B4C particles reinforced 2024Al matrix composites fabricated by mechanical alloying”, Journal of Alloys and Compounds. Vol. 454, pp. 118–122, 2008.
G.E.Dieter, “Mechanical Metallurgy” ,Third Edition , McGraw-Hill , 1976.
J.Ye, B.Q. Han, Z. Lee, B. Ahn, S.R. Nutt &
J.M. Schoenung, “A tri-modal aluminum based composite with super-high strength”, Scripta Materialia, Vol. 53, pp. 481- 486, 2005. م. رحيميان، ن. احساني، ح. بهاروندي و ن. پروين، “بررسي اثر [34] ساخته شده Al-Al2O3 بر خواص كامپوزيت Al2O3 مقدار ذرات به روش متالورژي پودر”، يازدهمين كنگره سالانه انجمن .مهندسين متالورژي ايران
[35] S.S. Razavi tousi, R.Yazdani Rad, E. Salahi & M. Razavi, “Effect of milling time and addition of alumina powder on the structural properties and fracture surface of nanocrystalline Al”, Materials Science-Poland, Vol. 27, 2009.



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید