محمدمهدي حسيني نژاد- Mohammadmehdi Hosseininezhad

عنوان : توليد نانو كامپوزيت ريختگي A356-Sio2 با استفاده از نانو كامپوزيت توليد شده به روش نورد تجمعي

TITLE : Production of A356-SiO2 cast nanocomposite using ARB produced nanocomposite

چكيده

در چند دهه اخير تحقيقات در زمينه نانوكامپوزيت‌ها به علت خواص منحصر به فردشان چون استحكام، سختي و دماي كاري بالاتر، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش نانوكامپوزيت ريختگي A356-SiO_۲ با استفاده از فرايندهاي ريخته‌گري گردابي در حالت كاملا مذاب و نيمه‌جامد و با افزودن ذرات تقويت‌كننده به دو صورت SiO_۲ خام و ورقه‌هاي كامپوزيتيAl1100-SiO_۲ حاصل از فرايند آنيل و نورد اتصالي پيوسته، توليد شد. در ادامه تاثير افزودن SiO_۲ و فرايند ريخته‌گري بر خصوصيات ساختاري و مكانيكي نانوكامپوزيت توليدي بررسي گرديد. نتايج حاصل از فرايند آنيل و نورد اتصالي پيوسته نشان داد كه تعداد آگلومره‌هاي ذرات SiO_۲ با افزايش سيكل‌هاي فرايند نورد كاهش و پيوند مكانيكي و ترشوندگي بين اكثر ذرات و زمينه بهبود مي‌يابد. انتظار مي‌رود با ورود اين ورقه‌ها به مذاب ترشوندگي ذرات تقويت‌كننده‌اي كه وارد مذاب شده‌اند با آلياژ زمينه بهبود ‌يابد. نتايج حاصل از مرحله ريخته‌گري و توليد كامپوزيت نهايي نشان داد كه اضافه كردن SiO_۲ به صورت ورقه‌هاي كامپوزيتي Al1100-SiO_۲ به آلياژ زمينه باعث كاهش طول دندريت‌ها به عنوان معيار اندازه دانه‌هاي ساختار زمينه مي‌گردد به طوري كه در كامپوزيت‌هاي توليد شده به روش گردابي در حالت كاملا مذاب، طول متوسط دندريت‌ها از 314 ميكرومتر به 237 ميكرومتر كاهش يافت. از طرفي مقدار متوسط فاصله بين بازوهاي ثانويه دندريتي در نمونه‌هاي توليد شده به روش گردابي از 17 ميكرومتر به 28 ميكرومتر افزايش داشت كه اين افزايش را مي‌توان ناشي از هدايت حرارتي بسيار كم ذرات تقويت‌كننده SiO_۲ در ابعاد نانومتري دانست. در نمونه‌هاي توليد شده به روش نيمه‌جامد حضور ذرات تقويت‌كننده SiO_۲ سبب مي‌شود كه مقدار متوسط قطر دايره معادل دانه‌هاي ?_Al اوليه در نمونه با 1/0 كسر جامد اوليه از 150 ميكرومتر به 101 ميكرومتر و در نمونه با 2/0 كسر جامد اوليه از 180 ميكرومتر به 114 ميكرومتر كاهش يابد. همچنين مقدار متوسط قطر دايره معادل ذرات جامد ثانويه در نمونه‌هاي كامپوزيتي نسبت به نمونه‌هاي غيركامپوزيتي كاهش نشان داد به طوري كه در نمونه‌هاي غيركامپوزيتي با 1/0 و 2/0 كسر جامد اوليه مقدار متوسط قطر دايره معادل به ترتيب 49 و 28 ميكرومتر و براي نمونه‌هاي كامپوزيتي با 1/0 و 2/0 كسر جامد اوليه اين مقدار به ترتيب 37 و 30 ميكرومتر به دست آمد. مقادير سختي در تمامي نمونه‌هاي كامپوزيتي نسبت به آلياژ تقويت‌نشده افزايش داشت. بيشترين مقدار اين افزايش در كامپوزيت‌هاي توليدي به روش نيمه‌جامد و 2/0 كسر جامد اوليه، ديده شد. استحكام نهايي برشي و استحكام تسليم برشي نانوكامپوزيت‌هاي توليدي با تزريق ورقه‌هاي كامپوزيتي نسبت به آلياژ زمينه افزايش چشم‌گيري داشتند. نانوكامپوزيت‌هاي توليدي به روش نيمه‌جامد و 2/0 كسر جامد اوليه حدود 45 درصد استحكام نهايي برشي و 55 درصد استحكام تسليم برشي خود را در دماي 300 درجه سانتي‌گراد نسبت به دماي محيط حفظ كردند در حالي كه اين مقادير براي آلياژ A356 تقويت نشده به ترتيب حدود 34 درصد و 48 درصد بود.

كلمات كليدي: نانوكامپوزيت A356-SiO_۲، ريخته‌گري گردابي در حالت كاملا مذاب، كامپوكست، آنيل و نورد اتصالي پيوسته، ريزساختار، استحكام برشي

Abstract

Research on metal matrix nanocomposites has risen in recent decades due to their unique properties such as high strength, hardness and service temperature. In the present work, cast A356-SiO_۲nanocomposites were fabricated by vortex and compocasting techniques. Nano SiO_۲reinforcements were added into the melt in two different forms either as raw SiO_۲ particles or as Al1100-SiO_۲nanocomposite stripes produced by continual annealing and 
roll-bonding process and the effect of SiO_۲ addition and casting method on microstructural and mechanical properties of the cast nanocomposites were investigated. The results showed that in the continual annealing and roll bonding stage, number of SiO_۲ agglomerates decreased and mechanical bonding and wettability between most of SiO_۲ nanoparticles and the Al1100 matrix were improved by increasing the number of cycles. The results of the casting stage for fabrication of the final composites revealed that the average   dendrite length was decreased by additions of nano SiO_۲ particles in the form of Al1100-SiO_۲nanocomposite stripes but did not change significantly when the reinforcement was added as raw powder. For samples cast from fully liquid state, the average dendrite length was decreased from 314µm in the monolithic sample to 237µm in the composite sample. Furthermore, the average secondary dendrite arm spacing in the fully liquid cast samples was increased from 17µm for monolithic sample to 28µm for composite sample. This increase is believed to be due to very low thermal conductivity of nano sized SiO_۲ particles. For the semisolid cast samples, presence of nano SiO_۲ particles caused the average equivalent circle diameter of primary ?_Al particles to decrease from 150 to 101µm for samples with 0.1 solid fraction and from 180 to 114µm for samples with 0.2 solid fraction. For composite samples, the average equivalent circle diameter of the secondary ?_Al particle was also ...