بررسي اثرات ذرات تقويت كننده اكسيدآهن(4(Fe3O بر رفتار مكانيكي و مغناطيسي ماده مركب زمينه مس توليد شده به روش اتصال تجمعي نورد

اميرحسين اسلامي*,1، محمد محسن مشكسار2 ، سيد مجتبي زبرجد3
دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شيراز، شيراز، ايران
استاد، دانشكده مهندسي، دانشگاه آزاد واحد مرودشت، شيراز، ايران
استاد دانشكده مهندسي، دانشگاه شيراز، شيراز، ايران
*Amir.hossein.E@hotmail.com
(تاريخ دريافت: 01/08/1391، تاريخ پذيرش: 03/11/1391)

چكيده
روش تغيير شكل شديد پلاستيك (Severe Plastic Deformation ) روشي است كه براي توليد پيوسته مواد ميكرو و نانوساختار استفاده مي شود. از بين روشهاي SPD روش نورد تجمعي (ARB) به عنوان يكي از مهمترين روشها براي توليد مواد با استحكام بالا مطرح مي باشد. در پژوهش حاضر از فرآيند اتصال نورد تجمعي به منظور توليد كامپوزيت لايه اي 4Cu/Fe3O با نسبت هاي مختلف 1 %و 2% وزني از ميكرو ذرات 4Fe3O و ورق هاي مس خالص تجاري استفاده شد. پس از پنج سيكل فرايند ARB توزيع مناسبي از ذرات تقويت كننده اكسيدآهن در زمينه ريز ساختار مس به دست آمد. خواص مكانيكي(سختي واستحكام كششي) و مغناطيسي (اشباع، پايداري و پسماند مغناطيسي) اين كامپوزيت طي مراحل مختلف فرايند ARB مورد مطالعه قرار گرفت كه ايجاد حالت كامپوزيت لايه اي ريز ساختار، سبب بهبود خواص مكانيكي شامل (سختي واستحكام كششي) در مس گرديد. همچنين تاثير حضورذرات تقويت كننده اكسيد آهن (مگنتيت) درافزايش خاصيت مغناطيسي درمراحل مختلف با دستگاه مغناطيس سنج VSM مورد بررسي قرار گرفت.

واژه هاي كليدي:
اتصال نورد تجمعي، كامپوزيت لايه اي ، خواص مكانيكي، خواص مغناطيسي

1- مقدمه
پيشرفتهاي اخير در صـنايع نظـامي، بـرق و الكترونيـك ،اتومبيـلسازي، قطارهاي برقي، ابزارهاي مغناطيسي در صـنايع پزشـكي وايجــاد ميــدان هــاي مغناطيســي بســيار بــالا مســتلزم اســتفاده ازرساناهايي بـالا، خـواص مغناطيسـي خـوب و هزينـه مناسـب مـيبـاشد. به همين منظور تحـقيقـات زيـادي دربـ ـاره مـ ـواد مركـ ـب وآلياژهاي مس با نيوبيوم، نيكل،آهن، كـرم، نقره صورت گرفـته است. ريز شدن اندازه دانه يكي از روشهاي مهم استحكام بخشي مواد است كه نسبت به ساير روشهاي استحكام بخشـي از اهميـتويژه اي برخوردار مي باشد. بـا ايـن روش مـي تـوان همزمـان بـهتركيب مناسبي از اسـتحكام و چكـش خـواري دسـت يافـت. در حاليكه در روشهاي ديگر، افزايش اسـتحكام بـا كـاهش چكـشخواري همراه مي باشد. بطور كلي رابطـه بـين اسـتحكام مـاده بـااندازه دانه از طريق رابطه معروف هال- پيچ1و بصورت زيـر بيـانمي شود:
2.1-σy = σ. + kd كه در آن σy تنش تسليم، 0σ مقاومت شبكه، d اندازه دانـه وk ثابتي است كه به جنس ماده بستگي دارد. رابطـه فـوق نشـان مـيدهد كه استحكام ماده با عكس مجذور اندازه دانه رابطه دارد. بـهعبارتي با ريز شدن اندازه دانه، استحكام ماده افزايش مي يابد[1]. يكي از روشهايي كه ريز شدن اندازه دانه را به همراه دارد تغيير شكل بسيار زياد و يا شديد 2(SPD) مي باشـد . در حقيقـت ايـنروش بر پايه ايجـاد كـرنشهـاي پلاسـتيك بسـيار زيـاد در مـادهاستوار و به روشهاي تغيير شكل بسـيار زيـاد معـروف مـي باشـند.
تغيير شـكل هـاي شـديد پلاسـتيك ناشـي از انـواع فرآينـد هـايمكانيكي مي تواند سبب ايجاد سـاختار نـانو و در مـواردي تغييـرتركيب شيميايي گردد[2-4].
طريق چند مرحله نورد متوالي انجام مي گيـرد . مزيـت ايـن روش2- روش پژوهش
يكي از روشـهاي موفـقSPD ، اتصـال از طريـق نـورد تجمعـياتصالي 3 (ARB) مي باشد. فرايند اتصال نـورد تجمعـيARB يكي از فرآيندهاي تغييـر شـكل شـديد پلاسـتيك مـيباشـد كـهتوسط تسوجي وسيتو در سـال 1998 بـراي سـاخت مـواد حجـيمابداع شـد [2]. در ايـن فراينـد تغييـر شـكل پلاسـتيك زيـادي ازافزودن ذرات به كامپوزيتها جهـت مسـتحكم كـردن و تقويـتآنها ميباشد. خواص مكانيكي و سايشي كامپوزيتهاي تقويت شده با ذرات ميتواند به صورت قابل توجهي نسبت به فاز زمينـهبهبود يابد [6] . اخيرا تلاشهاي زيـادي بـراي بهبـود خصوصـياتمغناطيسي صورت گرفته اسـت . بـراي بهبـود و پيشـرفت در ايـنحوزه احتياج به يك تركيب جديد بـا اشـباع مغناطيسـي بـالاتري مي باشد. مس فلزي است با قابليت هدايت الكتريكي و حرارتـيبالا و جزء فلزات ديـا مغناطيسـي مـي باشـد[7]. بـه منظـور بهبـودخواص مغناطيسي مي توان از كامپوزيـت شـدن آن بـا مـواد و يـافلزات با خواص مغناطيسي بالا سود جست.
اكسيد آهن (مگنتيت) به عنوان ماده فري مغناطيس شـناخته مـيشود، كه در دماي اتـاق ر فتـاري ابَرپارامغناطيسـي از خـود نشـانم ي ده د و داراي نف وذ پ ذيري بيش تر از ف رو مغن اطيس ه ا م ي باشد[8].
با قرار دادن اكسيد آهن در بين لايـه هـا، كامپوزيـت لايـه اي بـاساختار ريز دانه و خواص مغناطيسي بالا ايجاد شده اسـت . ايجـادمـ اده مركـ ب 4Cu/Fe3O و بررســـي خـ واص مكـــانيكي و مغناطيسي كامپوزيـت لايـه اي حاصـل از فرآينـد نـورد تجمعـي(ARB) اساس مطالعه در اين تحقيق مي باشد.
توانايي در توليد ورق با ساختار نانو در مقياس صنعتي مي باشد به همين دليل ازاين روش اخيرا در توليد كامپوزيت هاي چنـد لايـهاستفاده شده است[5].
اين روش در واقع نوعي از فرايند ايجاد تغيير شكل پلاستيك در ماده مي باشد كه به كمك آن مي توان بدون تغيير قابل ملاحظـهدر ابعاد قطعه، كرنشهاي پلاستيك بسـيار زيـادي در مـاده ايجـادنمود. در سالهاي اخير كامپوزيت هاي فلزي چنـد لايـه بـه علـتخواص مكانيكي، الكتريكـي و مغناطيسـي برجسـته مـورد توجـهزيادي واقع شده اند[5].
در اكثر تحقيقات صورت گرفته از يك فلز يا آلياژ بـراي فراينـدARB استفاده شده و توليد كامپوزيت لايـه اي در حضـور مـادهسراميكي كمتر مورد توجه قـرار گرفتـه اسـت. ايـده كلـي بـراي2-1 مواد اوليه
مواد مورد استفاده در اين پژوهش ورقهاي مـس خـالص تجـاريمي باشد كه تركيـب، ابعـاد و ويژگـي هـاي آن در جـداول 1و2 مشخص شده است.

جدول(1): مشخصات ورق هاي اوليه مورد استفاده.
جنس ورق تركيب شيميايي (درصد وزني) ابعاد ورق
مس خالص
تجاري 98/4Cu,0/68Zn,0/18Fe,
0/22Pb,0/48Co,0/019Sn,
0/012Cd,0/009Cr 120×50×1
mm
جدول(2): خواص مكانيكي فلز مس بكار رفته در تحقيق
.
فلز افزايش طول
(%) سختي (HV) استحكام تسليم
(Mpa)
مس 32/8 62 87/5

2-2 توليــد كامپوزيــت لايــه اي مــس- اكســيد آهن(مگنتيت)

به منظور ساخت كامپوزيت لايهاي مس- اكسيد آهن از ورق مس خالص تجاري با خلوص 9/99 درصد و پودر 4o3Fe با اندازه ذره 1 ميكرون استفاده شد. ذرات اكسيد آهن در شكل (1) نشان داده شده است.

شكل(1): ذرات 4Fe3O.

براي انجام فرآيند در ابتدا ورقهاي مس در ابعاد مشخص برشكاري شدند. از دو نوار مسي به ضخامت 1 ميلي متر و ابعاد 12×5 سانتي متر براي شروع فرآيند استفاده شد. جهت ساخت كامپوزيت ابتدا ورقها با استون شسته و چربي زدايي گرديد سپس براي ايجاد پيوند با استحكام بيشتر از سمباده سيمي دوار كه قابليت بسته شدن بر روي دستگاه دريل را دارد با اندازه قطر سيم 4/0ميليمتر استفاده شد. روند انجام فرايند ARB براي كامپوزيت مس- اكسيد آهن(مگنتيت) در شكل 2 نشان داده شده است. مقايسه بين نورد اتصالي و نورد اتصالي تجمعي براي كامپوزيت مس- اكسيد آهن(مگنتيت) در اين شكل آمده است.
استفاده از سمباده سيمي بالاترين زبري سطح را ايجاد كرده و
۵٣
سبب ايجاد قويترين اتصال لايهاي بين ورقها ميشود. درپژوهش حاضر به منظور مقايسه و برآورد تأثير افزودن ذرات 4Fe3O دو نوع كامپوزيت با درصدهاي وزني 1 و 2 درصد اكسيد آهن ساخته شد. پس از آمادهسازي سطوح بين دو ورق مس با ابعاد يكسان يك لايه پودر 4o3 Fe (1% و 2% وزني) با الك به گونهاي يكنواخت پراكنده شد. سپس دو انتهاي مجموعه ورقها با سيم مسي بسته شدند تا حين نورد روي هم نلغزند. پس از پيش گرمايش (c°300 به مدت 10 دقيقه) ورقها با يك كاهش سطح بيش از 60 درصد نورد شدند. نمونه پس از پاس صفرم از وسط نصف و پس از آماده سازي مجدد و مهار چهار گوشه آن و اعمال پيش گرمايش مجدداً تحت نورد با 50 درصد كاهش ضخامت قرار گرفت و اين فرآيند تا 5 مرحله ادامه پيدا كرد. تمام فرآيندهاي نورد بدون استفاده از روانكار با سرعت 40 دور بر دقيقه و قطر غلطك 180 ميليمتر انجام شد.

شكل(2): شكل(2): شماتيكي از مراحل مختلف فرايند نورد جهت اتصال ورق : ، الف) نورد اتصالي، ب) نورد اتصالي تجمعي.
پس از توليد كامپوزيت مورد نظر نمونههايي از هر مرحله فرآيند ARB جهت انجام آزمايشات تهيه گرديد. نحوه جوش خوردن ورقها، چگونگي توزيع ذرات 4 Fe3Oدر زمينه مس و ريز ساختار با استفاده از ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت و در نهايت براي مطالعه خواص مكانيكي حداكثر (استحكام كششي، مقدار افزايش طول و منحنيهاي تنش و كرنش) آزمون استحكام كششي با استفاده از دستگاه Zwick 250 صورت گرفت. در پايان تحليل و بررسي اندازه گيري خواص مغناطيسي شامل اشباع مغناطيسي((MS، پسماند مغناطيسي((MR ونيروي وادارندگي مغناطيسي ((HC با استفاده از روش مغناطيس سنج با نمونه ارتعاشي ٤VSM صورت گرفت. در شكل 3 عوامل تاثيرگذار در حلقه هيسترزيس نمايش داده شده است.

شكل (3): پارامترهاي تاثيرگذار در حلقه هيسترزيس.
نتايج و بحث
3-1 بررسي تحولات ريز ساختاري
شـ كل 4 تصـ وير ماكروسـ كوپي كامپوزيـ ت4Cu/Fe3O بـ ادرصدهاي مختلف وزني 1 و 2 درصـد اكسـيد آهـن ( 4(Fe3O تهيه شده تـا 5 سـيكل را نشـان مـيدهـد . همـراه بـا افـزودن لايـهتقويت كننده بـين ورق هـا ، كـاهش سـطح مقطـع مختلـف مـوردبررسي قرار گرفت.
با توجه به شكل 4 كه تصوير ميكروسكوپ نوري مقطـع كنـاريورق ها را نشان مي دهد اين نتيجه استنباط مي شود كه در مرحله افزودن پودر 4Fe3O در صـد كـاهش سـطح مقطـع بـيش از 60 درصد و پس از آن حين فرايند ARB، 50 درصد كاهش سـطحمقطع ، سبب ايجاد جـوش سـرد مناسـب و مـادهاي يكپارچـه ايشده است. ورقها تا سيكل پنجم بـدون عيـب فرآينـدARB را پشت سر گذاشتند. اما افزايش چگالي نابهجايي و كـاهش انـدازهدانه سبب افزايش كرنش ماده و در نتيجه تردي گرديـد كـه ايـنامر سبب پارگي ورقها پس از سيكل پنجم ARB شد.

شكل(4): تصوير ميكروسكوپ نوري از : الف) پاس اول، ب) پاس سوم، ج) پاس پنجم با 1% وزني پودر 4Fe3O- د) پاس اول، ه) پاس سوم، ي) پاس پنجم با 2% وزني پودر 4Fe3O بزرگنمايي 200X.
در مورد اثر وجود پودر تقويت كننده بين ورقها بر نحوه جـوشسرد اخـتلاف نظـر وجـود دارد. ليـو و همكـارانش در تحقيقـاتخود اشاره كردهاند كه حضور ذرات بين ورقها كيفيـت جـوشرا بهبود ميدهد زيـرا ذرات بـا ايجـاد تمركـز تـنش حـين نـورد، تركهاي سطحي را افزايش ميدهند[6].
همچنين گزارش شده است كه حضـور ذرات بـا كـاهش سـطحتماس فلز- فلز اثر منفي بر كيفيت و استحكام جوش دارد[9].
با اين حال در اين آزمايش با ايجاد كاهش سطح مقطع بـالاتر از60 درصد در مرحله اول كه پودر تقويـت كننـده بـين لايـههـايمس وجود دارد و كاهش سـطح مقطـع 50 درصـدي در مرا حـلبعدي ARB جوش سرد مناسب و مادهاي يكپارچه بدست آمد.
مشاهدات صورت گرفتـه در ايـن تحقيـق حـاكي از آن بـود كـهحضور ذرات تقويت كننده بين ورق ها بـا كـاهش سـطح تمـاسفلز- فلز و همچنين بدليل تجمع و آگلومره شدن ذرات اثر منفـيبر كيفيت و استحكام جوش دارد.
همانطور كه در شكل 4 نيز قابل مشاهده است با افـزايش سـيكلهاي نورد ضخامت لايه هاي شامل ذرات 4Fe3O كاهش يافته و در نتيجه ذرات در زمينه مسي پخش شده انـد همچنـين همـانطوركه از شكل 4 استنباط مي شود افزايش سيكل هاي ARB سبب پخـش شـدن يكنواخـت ت ر ذرات 4Fe3O در زمينـه مـس ش ده است. واضح است كه با پيشرفت فرآيند ARB تعداد لايههـا بـهگونهاي مداوم افزايش يافته كه سبب افـزايش همگنـي توزيـع درجهت عمود ورق ميشود. مطلب ديگر كه بايد مـد نظـر داشـت،بحث وجود يك تنش آستانه اي لازم جهت برقراري پيونـد بـينلايه هاي فلزي است.
اگر مقدار تنش بكار رفته از مقدار تنش آستانه اي كمتـر باشـد،سطوح بكر فلز نمي توانند پيوندي قوي با هـم برقـرار كننـد. ايـنتنش آستانه اي با حضور ذرات افـزايش مـي يابـد كـه بـر مبنـايفرضيه سد انرژي5 است و پيشنهاد مي كند كه بايـد بـر يـك سـدانرژي قبل از اينكه دو فلز با هم اتصال برقـرار كننـد، غلبـه كـرد.
بالاتر از اين مقدار استحكام پيوند ايجاد شده به سـرعت افـزايشمي يابد و كمتر از اين مقدار نيز آلودگي هاي موجود در سـطح،تماس دو فلز بكر با هم را به تـاخير مـي اندازنـد و سـبب كـاهشاستحكام پيوند ايجاد شده مي شود[10].
۵۵
مسأله اي كـه وجـود دارد ايـن اسـت كـه اولا در حالـت حضـورذرات، تنش آستانه اي بيشتري براي غلبه بر لايه اكسـيدي سـطح نياز بوده تا مقابله فلزات بكر زير سطحي را سبب شده و ثانيا اگر چه ذرات به شكسته شدن لايه اكسيدي در سـطح كمـك كـردهاند، اما از طرفي نيز خود به عنوان مانعي در جهت تمـاس سـطوحبكر فلزات با همديگر و برقراري پيوند مي باشد.
شايان ذكر است كه به منظور دستيابي بـه ويژگـي هـاي بهينـه ييك كامپوزيت، به ويژه بهتـرين تركيـب اسـتحكام بـالا و شـكلپذيري مناسب، تقويـت كننـده اي ريـز و كسـرحجمي بـالايي ازذرات لازم است، اما بكارگيري اين دو با هم با مشـكلاتي همـراهاست زيرا در كامپوزيت ها بـا ذرات ريـز، تمايـل بـه توزيـع غيـر يكنواخت ذرات و ايجاد خوشه ها و آگلـومره هـاي ذرات پـودرزياد اسـت كـه ايـن باعـث افـت شـديد شـكل پـذيري وكـاهشداكتليته ماده مي شود.
3-2 بررسي خواص مكانيكي كامپوزيتهاي مس – اكسيد آهن توليد شده به روش ARB

به منظور بررسي استحكام كامپوزيتهاي لايهاي مس تقويت شده با ذرات اكسيد آهن با درصدهاي وزني 1 و 2 درصد طي مراحل مختلف فرآيند از آزمون كشش تك محوري استفاده گرديد. آزمايش كشش طبق استاندارد ASTM-E8 توسط دستگاه ZWICK-Z250 با نرخ كرنش 0.002 بر ثانيه صورت گرفت. منحني تنش- كرنش در سيكلهاي مختلف فرآيند ARB در شكل 5 نشان داده شده است.
مطابق شكل 5 استحكام تسـليم و اسـتحكام كششـي كامپوزيـت4Cu/Fe3O با افزايش سيكل هاي فرايند ARB افـزايش يافتـهاست. همانطور كـه در شـكل 5 مشـاهده مـيشـود در پـاسهـايابتدايي فرآيند ARB كه شامل نرخهاي كار سختي بـالاتر مـي-باشد افزايش استحكام از كار سـختي مـاده سرچشـمه مـيگيـرد .
همچن ين واض ح اس ت ك ه ك اهش ان دازه دان ه س بب اف زايشاستحكام نهايي ماده ميشود. مطابق شكل 6 مقايسه بين اسـتحكام
كششي كامپوزيت هاي 4Cu/Fe3O و مس خالص ARB شده مشـاهده مـي شـود حضـور ذرات تقويـت كننـده 4 Fe3Oتـاثيربسزايي در افزايش استحكام داشـته اسـت. عـلاوه بـر ايـن مطـابقشكل 5 مشاهده مي گردد، كاهش كرنش تدريجا تا پـاس پـنجمنورد بوده كه اين تردي و كاهش كرنش نيز به سبب تأثير كرنش سختي ميباشد.
مطـابق ش كل 6 ب ا افـزايش تع داد س يكل هـاي ن ورد، اس تحكامكششي براي هر دو نمونه كامپوزيت افزايش مي يابد. طبق نتـايجتحقيقات گزارش شده توسط سيتو افـزايش اسـتحكام در فراينـدنورد تجمعي شامل دو مكانيزم اصلي استحكام بخشي مـي باشـد:
الف) افزايش كرنش سختي ناشـي از نابجـايي هـا و ب) بهبـود واصلاح اندازه دانه [2-3]
بطور كلي با توجه به شكل 5 مي توان دريافت كه افـزايش طـولكامپوزيت لايـه اي مـس- اكسـيد آهـن در طـي مراحـلARB كمتر از مس خالص ARB شده مي باشد كه ايـن مـي توانـد بـهدليل حضور ذرات 4Fe3O و نحوه پراكندگي آن در زمينه مـسباشد. همچنين با افزايش تعداد سيكل هـاي فراينـدARB نقـشذرات تقويت كننده 4Fe3O بدليل پراكندگي يكنواخت افزايش مي يابد كه اين تغييـرات در مجمـوع سـبب كـاهش داكتليتـه دركامپوزيت مذكور مي گردد.

هاي فرايند سختي نمونه ها افزايش مي يابد و نرخ افزايش سختي

شكل (5): منحني تنش – كرنش كامپوزيت لايه اي 4Cu/Fe3O با در صد وزني 1% و 2% .

شكل (6): مقايسه استحكام كششي نهايي در كامپوزيت لايه اي 4Cu/Fe3O وCu ريز ساختار توليد شده به روش ARB
.
3-3 ريزسختي
براي اندازهگيري سختي نمونهها از دستگاه سختي سنج ويكرز مدل Bohler با بار 25 گرم و زمان توقف 10 ثانيه استفاده گرديد. صفحه جانبي نمونهها در سيكلهاي مختلف فرآيند ARB تحت سختيسنجي قرار گرفت. همانطور كه در شكل 7 مشاهده ميشود و همانطور كه انتظار مي رود با افزايش پاس در پاسهاي اوليه بيشتر از پاسهاي بعدي است زيرا عمده تجمع نابجايي ها و كار سختي در پاسهاي اوليه رخ مي دهد[2-3].
شكل7 افزايش ريزسختي با افزايش تعداد پاس هاي فرايند را نشان مي دهد. مشاهده مي شود كه پس از نورد اتصالي اوليه مس و ذرات تقويت كننده، افزايش قابل ملاحظه اي در سختي كامپوزيت ها رخ مي دهد. افزايش سريع سختي با كاهش كرنشها ميتواند به سخت شدن كرنشي مربوط باشد[10]. رفتار سخت شدن نشانگر اشباعي از كرنشهاي بزرگ در مواد فوق العاده ريزدانه كه با روشهاي تغيير شكل شديد پلاستيك ايجاد شدهاند، ميباشد [11] .

4Cu/Fe3O شكل(7): مقايسه ريزسختي كامپوزيت هاي و مس خالص
.شده ARB

3-4 بررسي خواص مغناطيسي كامپوزيتهاي مس – اكسيد آهن توليد شده به روش ARB
۵٧
نمودار هيسترزيس مربوط به كامپوزيت زمينه مسي همراه با 1% و 2% وزن ي ذرات تقوي ت كنن ده 4Fe3O در ط ي س يكل ه ايمختلف فرايند ARB در شكل 8 نشان داده شده است. همـانطوركه درنمودارهاي هيسـ ترزيس شـكل 8 مـي تـوان مشـاهده نمـودمقــادير پســماند مغناطيســي ((MR نســبت بــه مقــادير نيــروي وادارنگي مغناطيسي ((HC بسيار كوچكتر بوده، همچنين حضور ذرات 4Fe3O سبب ايجاد حلقه مغناطيسي پهني گرديده است.
نمودار فوق نشانگر ايجاد مـاده مغنـاطيس سـخت يـا دائمـي مـيباشد. اينگونه مواد به وادارندگي مغناطيسي مقاوم مي باشـند و بـهسختي آهنربا مي شوند؛ يعني، حجم حوزه ها در آن ها به سختي تغيير مـي كنـد. ايـن مـواد حلقـه مغناطيسـي پهنـي داشـته، دارايمقادير بالاي نيروي وادارندگي مغناطيسي ((HC بوده و در مقابل مغناطيس شدن مقاومت زيادي از خود نشان مي دهنـد ، همچنـينداراي ظرفيت نفوذ اوليه پايين هسـتند . قابليـت نفوذپـذيري يـكماده، معرف توانايي آهنربـايي شـدن آن مـاده در حضـور ميـدانخ ارجي م ي باش د. در اي ن م واد، س مت گي ري دوقطب ي ه اي مغناطيسي حوزه ها پس از حذف ميدان خارجي به سهولت تغييـرنم ي كن د[12-13]. ب ه عب ارت ديگ ر، پ س از برداش تن مي دان مغناطيسي خارجي، ماده ي مغناطيس سخت، خاصـيت آهنربـاييخود را حفظ مي كند. به همين دليـل از ايـن مـواد بـراي سـاختنآهنرباهاي دائمي استفاده مي كنند. با توجه به شكل 9 با افـزايشسيكل هـاي فراينـد ARB، پسـم اند مغناطيسـي ((MR و مقـدارنيروي وادارنگي مغناطيسي ((HC براي هر دو نمونه كامپوزيـت4Cu/Fe3O همراه با بهبود اندازه دانه افزايش مي يابد. همچنـينافزايش درصد حضور ذرات 4Fe3O در كامپوزيت سبب بهبـودو افزايش مقادير پسماند مغناطيسي و نيروي وادارنگي مغناطيسـي مي گـردد كـه افـزايش ايـن دو عامـل تـاثير بسـزايي در خـواصمغناطيسي مواد دارد.

شكل (8): تصاوير نمودار هيسترزيس مراحل مختلف فرايند ARB الف) پاس اول، ب) پاس سوم، ج) پاس پنجم با 1% وزني پودر 4Fe3O – د) پاس اول، ه) پاس سوم، ي) پاس پنجم با 2% وزني پودر 4Fe3O

۵٩

3386328427

ايجاد كوپل نيرو بين دو قطبي هاي اتمـي مجـاور سـبب انحـرافدو قطبي ها و قرار گيري قطبها در جهـت خـلاف ميـدان نيـرويخارجي مي گردد، كـه بطـور قطـع دليـل آن مـي توانـد افـزايشعوامل انحرافي همچون افزايش نابجايي ها و افزايش مرز دانه هـاباشدكه منجر به كاهش اشباع مغناطيسي گرديده است[14-15

شكل (10): مقايسه اشباع مغناطيسي كامپوزيت مس با درصدهاي مختلف ذرات 4Fe3O در طي سيكلهاي مختلف فرايندARB

شكل (9): مقايسه خواص مغناطيسي كامپوزيت مس با درصدهاي مختلف 5- نتيجه گيري
ذرات 4Fe3O در طي سيكلهاي مختلف فرايندARB الف) منحني پسماند 1 – با افزايش سيكلهاي فراينـدARB ، يكنـواختي توزيـعمغناطيسي، ب) منحني نيروي وادارنگي مغناطيسي. ذرات و همچنين كيفيـت اتصـال ميـان ذرات 4Fe3O
بطوريك ه م ي ت وان مش اهده نم ود اس تفاده از ذرات 4Fe3O و در ماتريس مس بهبـود يافتـه اسـت. كامپوزيـت توليـدافــزايش درصــد آن در كامپوزيــت تــاثير مــوثر و چشــمگيري شده در مرحله پنجم نشانگر توزيع يكنواخـت و پيونـددرايجاد مغناطيس مادهمي باشد، مغناطيس داشته سـختاست . يـا دركليه دائمـي مواد دو درمـس كـهحالت فلـزي مربوط بـهديـا 2 – قوي ميان ذرات اكسيد ARBآهن وماتريس مس مي باشد.
اســتحكام كششــي و ســختي كامپوزيــت بــا افــزايش
اشباع مغناطيسي وجود دارد كه مربوط به نحوه قرارگيـري قطبهـاسيكلهاي فرايند افزايش يافتـه اسـت. همچنـينبصورت هم جهت و يا در جهت خلاف ميدان مي باشد و زمـانينتايج نشانگر كاهش ARBكرنش و داكتليته و افزايش تردي
به در قطعه حداكثر هم مقدار جهت با خود مي ميدان رسد كهخارجي تمامقرار دو گيرند[قطبي 13-هاي 14]. مغناطيسـي3 – در طي 4مراحل Cu/Fe 3O مي باشد.
نمودارهـ اي هيسـ ترزيس بـ راي تمـ ام نمونـ ه هـ اي همانطور كه در شكل 10 مشاهده مي شود افـزايش سـيكل هـاي كامپوزيـ ت نشـ انگر افـ زايش پسـ ماند فرايند ARB سبب كاهش اشباع مغناطيسي گرديده اسـت . زيـرا 4مغناطيسيO 3و Feوادارنـدگي مغناطيسـي همـراه بـا ARBافـزايش
ذرات در ط ي س يكلهاي فراين د م ي
باشد و به دليل ماهيت ديا مغناطيس مس، سـبب ايجـادماده سخت مغناطيسي گرديده است. همچنـين مقـاديراشباع مغناطيسي بـا افـزايش تعـداد لايـه هـا و افـزايشتعداد سيكلهاي فرايند ARB كاهش مي يابد.
6- مراجع

K. Sanusi, G. J. Oliver,” Effect of grain size on mechanical properties of nanostructured copper alloy by severe plastic deformation process”, Journal of engineering, design and technology, Vol.7, pp. 335-341, 2009.

N. Tsuji, Y. Ito, Y. Saito & Y. Minamino, ”Strength and ductility of ultra-fine grained aluminum and iron produced by ARB and annealing”, Scripta Mater; Vol. 47, pp. 893– 899, 2002.

Y. S. Kim, S. H. Kang & D. H. Shin,” Effect of rolling direction on the microstructure and mechanical properties of accumulative roll bonding (ARB) processed commercially pure 1050 aluminum alloy”, Materials Science Forum, Vol. 503-504, pp. 681-686, 2006.

[S. C. Tjong, H. Chen, “Nano crystalline materials and coatings”, Materials Science and Engineering, Vol. 45, pp. 1-88, 2004.

K. M. Shorowordi, A. S. M. A. Haseeb & J. P.
Celis, “Tribo-surface characteristics of Al– B4C and Al–SiC composites worn under different contact pressures”, Wear, Vol. 261, pp. 634–641, 2006.

J. Mc. Keown, A. Misra, H. Kung, RG. Hoagland & M. Nastasi.” Microstructures and strength of Nano scale Cu–Ag multi-layers”, Scripta Mater, Vol. 46, pp.593–598, 2002.

R. Grössinger, R. Sato, D. Holzer& M. Dahlgren,” Properties, Benefits, and Application of Nanocrystalline Structures in Magnetic”, Materials, Physical B, Vol.75, pp.
275-281, 2000.

M. Michael, RD. Shull, LJ. Swartzendruber, LH. Bennett & R.E. Watson,” Magnetocaloric effect in super paramagnets”, Journal of Magnetic Material, Vol. 111, pp. 29-33, 1992.

M. Alizade, H. Paydar, “Fabrication of nanostructure Al/SiCp composite by accumulated roll binding process” journal of Alloy and Compounds, Vol. 492, pp. 231-235, 2010.

M. Alizadeh, “Comparison of nanostructured Al/B4C composite produced by ARB and Al/B4C composite produced by RRB process”, Materials Science and Engineering A, Vol.
528, pp. 578–582, 2010.

X. Huang, N. Kamikawa & N. Hansen, “Strengthening mechanisms in nanostructured aluminum, Material Science and Engineering A, Vol. 483, pp. 102–104, 2008.

B.N. Mondal, A. Basumallick,” Magnetic behavior of Nano crystalline Cu–Ni–Co alloys prepared by mechanical alloying and isothermal annealing”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 457, pp. 10–14. 2008.

S. Kobayashi, H. Hikuchi & S. Takahashi,” The effect of copper and manganese on magnetite minor hysteresis loops in neutron irradiated Fe model alloy”, Journal of Nuclear Materials, Vol. 384, pp. 109–114, 2009.

F. Keffer,” The magnetic properties of materials.” Scientific American, Vol. 207, pp.
222–234, 1967.

D. jiles, “ Introduction to magnetism and magnetic materiales”, nelson Thornes, Cheltenham, UK, pp. 186-194, 1998.

7- پي نوشت
Hall petch
severe plastic deformation -3 Accumulated roll bonding
Vibrating sample magnetometer

Energy barrier theory



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید