بنيامين عباسي پور- Benyamin Abbasipour
عنوان : توسعه نانوكامپوزيت هاي ريختگي A356-CNT با تزريق پودرهاي كامپوزيتي Al-Ni-P-CNT به درون مذاب
TITLE : Development of A356-CNT cast nano composites by injection of Al-Ni-P-CNT composite powders into the melt
چکيده فارسي :
در سال‌هاي اخير توليد نانوكامپوزيت?هاي زمينه فلزي تقويت شده با نانولوله‌هاي كربني (CNT) با خصوصيات ساختاري و مكانيكي بالا، از زمينه?هاي اصلي تحقيقات در زمينه مهندسي مواد بوده است. در اين پژوهش، نانوكامپوزيت ريختگي A356-CNT با استفاده از فرآيندهاي ريخته‌گري گردابي و نيمه?جامد و با تزريق ذرات تقويت?كننده به دو صورت CNT خام و پودر كامپوزيتي Al-Ni-P-CNT حاصل از فرآيند آبكاري الكترولس Ni-P توليد شدند. در ادامه تاثير افزودن CNT و فرآيند ريخته?گري بر خصوصيات ساختاري، مكانيكي و هدايت الكتريكي نانوكامپوزيتهاي توليدي بررسي گرديد. دماي 80 درجه سانتيگراد، pH برابر 5/5، مقدار CNT برابر gr/lit 25/1، نسبت وزني ذرات Al به CNT برابر 6 و سرعت همزدن rpm 500 مقادير بهينه پارامترهاي فرآيند آبكاري الكترولس به منظور توليد پودرهاي كامپوزيتي Al-Ni-P-CNT با توزيع مناسب CNT در آن تشخيص داده شدند. نتايج بدست آمده حاصل از فرآيند كامپوزيت‌سازي نشان داد كه اضافه كردن CNT به صورت پودركامپوزيتي Al-Ni-P-CNT به آلياژ زمينه باعث كاهش چشمگير اندازه دانه‌هاي ساختار زمينه مي‌گردد به طوريكه دركامپوزيت‌هاي توليد شده به روش گردابي، فاصله بين بازوهاي ثانويه‌ي دندريتي حدود 60 درصد و در نمونه‌هاي توليد شده به روش نيمه‌جامد، مقدار متوسط قطر دايره معادل دانه‌هاي اوليه aAl حدود27 درصد كاهش يافت. سختي و مقاومت به سايش كامپوزيت?ها وابسته به درصد ذرات تقويت?كننده باقيمانده درمذاب، درصد تخلخل و ريزساختار بود و در تمامي كامپوزيت?هاي توليدي نسبت به آلياژ تقويت نشده افزايش يافت. بيشترين مقدار اين افزايش در كامپوزيت?هاي توليدي به روش نيمه?جامد و 30 درصد كسر جامد اوليه، ديده شد. مدول الاستيك، استحكام تسليم و استحكام كشش نهايي نانوكامپوزيت?هاي توليدي با تزريق پودر?هاي كامپوزيتي نسبت به آلياژ زمينه افزايش چشمگيري داشتند. نانوكامپوزيت?هاي توليدي به روش نيمه?جامد و30 درصد كسر جامد اوليه حدود 93 درصد استحكام خود را در دماي 300 درجه سانتيگراد نسبت به دماي محيط حفظ كردند در حالي كه اين مقدار براي آلياژ A356 تقويت نشده حدود 69 درصد بود. استحكام خمشي نمونه‌هاي كامپوزيتي نسبت به نمونه‌هاي غيركامپوزيتي مشابه به طور متوسط حدود30 درصد افزايش داشت كه اين بهبود به دليل حضور CNT ها با استحكام خمشي فوق العاده درون ساختار زمينه مي‌باشد. هدايت الكتريكي نمونه‌هاي كامپوزيتي نسبت به نمونه‌هاي مشابه غيركامپوزيتي، با اضافه شدن CNT به زمينه، كاهش يافت.
ABSTRACT :
Production of high strength metal matrix nano composite reinforced by CNT has been the base of many researches in the field of material engineering. In the present work A356-CNT cast nano composites were produced by stir casting and compocasting techniques. CNTs were injected into the melt in two different forms of raw CNT or Al-Ni-P-CNT composite powders. The composite powders were produced by Ni-P electroless plating technique. The effects of CNT addition and casting method on the microstructural, mechanical and electrical properties of the produced nano composites were investigated. Bath temperature of 80°C, bath pH of 5.5, CNT concentration of 1.25g/lit, Al particles to CNT ratio of 6 and stirring speed of 500 rpm were recognized as the optimum Ni-P electroless plating parameters for production of Al-Ni-P-CNT composite powders. The results revealed that addition of CNTs in the form of composite powders decreased the grain size of the matrix alloy. For the composites cast from the fully liquid state, the secondary dendrite arm spacing was decreased by about 60% and for the semi-solid cast samples the average equivalent circle diameter of ?Al particles was decreased by about 27%, when the CNTs were added by injection of Al-Ni-P-CNT composite powders into the melt. As a result, hardness, wear resistance and tensile properties of the composites were increased. Elastic modulus, yield strength and ultimate tensile strength of the composites produced by injection of composite powders was significantly improved compared with the matrix alloy or the composite produced by injection of untreated CNT. While the un-reinforced alloy kept less than 70% of its strength at 300?C, the semi-solid composites samples kept more than 90% of their strength at this temperature. The bending strength of the composite samples was increased by about 30% compared to that of the corresponding monolithic samples. Electrical conductivity of all composite samples was decreased by addition of CNT compared to that of monolithic samples ...
