تولید و مشخصه یابی نانوکامپوزیت های al-zn/al2o3 تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم
چکیده
آلیاژهای آلومینیوم به دلیل دارا بودن خصوصیاتی نظیر دانسیته پایین، نسبت استحکام به وزن بالا و داکتیلیته عالی در بسیاری از صنایع به ویژه صنایع هوا-فضا، نظامی و خودرو کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. مشکل اصلی آلیاژهای آلومینیوم رفتار تریبولوژیکی ضعیف و پایداری حرارتی کم آن ها می باشد. حضور ذرات سرامیکی تقویت کننده نانومتری در ساختار می تواند با ایجاد مانع بر سرحرکت نابجایی ها، این آلیاژها را برای کاربردهای سایشی و دمای بالا مناسب سازد. در این پژوهش تولید آلیاژهای نانو کریستال al-zn و نانوکامپوزیت با زمینه آلیاژ al-zn حاوی ذرات al2o3 نانومتری مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند تولید با آلیاژسازی مکانیکی پودر آلومینیوم به همراه اکسید روی و در برخی آزمایش ها به همراه روی انجام شد. بررسی های فازی با پراش پرتو ایکس و بررسی های میکروساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری (tem و sem) صورت گرفت. نتایج بررسی ها حاکی از آن است که کاهش اندازه دانه های کریستالی آلومینیوم خالص تا 50 نانومتر با 20 ساعت آسیاب کاری امکانپذیر است. با آسیاب کاری مخلوط پودری آلومینیوم و روی به تدریج محلول فوق اشباع از روی در آلومینیوم تشکیل می شود. با کاهش اندازه دانه های کریستالی زمینه، عنصر روی از ساختار پس زده می شود و این امر باعث کاهش سختی در این آلیاژ می شود. با خروج روی از ساختار آلومینیوم در حین آسیاب کاری مقدار روی حل شده در ساختار به اندازه تعادلی خود می رسد. با انجام عملیات حرارتی در 500 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه اندازه دانه های کریستالی آلیاژ آلومینیوم- روی نانوکریستال ، به دلیل حضور روی در مرز دانه ها و نقش موثر آن ها در کند کردن حرکت مرز دانه ها، رشد چندانی نمی کند. با آسیاب کاری مخلوط استوکیومتری آلومینیوم و اکسید روی به مدت 5 ساعت واکنش بین این دو ماده کامل می شود. واکنش بین آلومینیوم و اکسید روی به صورت انفجاری و خود پیشرونده انجام می شود. محصول واکنش بین آلومینیوم و اکسید روی، فلز روی با اندازه دانه های کریستالی 20 نانومتر و آلومینای آمورف (5 درصد حجمی) می باشد. سختی نانوکامپوزیت تولیدی حدود 180 ویکرز می باشد که 6 برابر سختی آلومینیوم اولیه مصرفی است. با پرس گرم پودر نانوکامپوزیت تولیدی در دمای 500 درجه سانتیگراد تحت فشار 400 مگاپاسکال نمونه بالکی با دانسیته 99 درصد نسبت به دانسیته تیوری تهیه گردید. در نمونه های بالک اتصال کافی بین ذرات پودر برقرار نشده به انجام یک مرحله عملیات حرارتی مناسب نیاز است. نانوکامپوزیت تولیدی پایداری حرارتی خوبی در دماهای کمتر از 400 درجه سانتیگراد از خود نشان می دهد. لازم به ذکر است سختی نمونه های بالک تولیدی معادل 180 ویکرز و استحکام فشاری معادل 730 مگاپاسکال اندازه گیری شد.