محمد سنمار- Mohammad Senemar

عنوان : ساخت و مشخصه¬يابي كامپوزيت زمينه آلومينيومي تقويت شده با ذرات حاوي سيليسيم و اكسيژن به¬روش درجا از طريق پيروليز سيليكون اچ تي وي در مذاب

TITLE : Synthesis and characterization of in-situ aluminum matrix composite reinforced with particles containing silicon and oxygen through pyrolysis of high temperature vulcanization (HTV) silicone

چكيده

آلومينيوم و آلياژهاي آن به دليل برخورداري از خواص مطلوبي مانند چگالي كم، مقاومت در برابر خوردگي و نسبت استحكام به وزن قابل قبول كاربرد زيادي در صنايع مختلف دارند. در دهه‌هاي اخير توليد و كاربرد كامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي كه با ذرات سراميكي تقويت شده‌اند‌، به دليل نسبت استحكام به وزن بالا‌‌، مقاومت سايشي و پايداري حرارتي مناسب در دماهاي بالا مورد توجه قرار گرفته است‌. در اين پژوهش كامپوزيت زمينه آلومينيوم با استفاده از فرايند ريخته­گري گردابي و از طريق پيروليز سيليكون اچ تي وي در مذاب ساخته شد. در مرحله اول براي مشخصه يابي ماده حاصل از پيروليز سيليكون اچ تي وي، ابتدا مقدار لازم از ماده پليمري در داخل يك كوره تحت اتمسفر هوا به آرامي تا ­700 درجه سانتيگرادگرم و سپس به­مدت يك ساعت در اين دما نگه داشته شد. در اين دما عمل پيروليز و سوختن ماده پليمري صورت ­گرفته و بخشي از آن به­صورت گاز خارج ­شد. محصول واكنش به­وسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، پراش پرتو ايكس (XRD) و طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مورد بررسي قرار گرفت. براساس نتايج، ماده حاصل نانوذرات سيليكا با ساختار غير بلوري و با   اندازه ذرات بين 10 تا50 نانومتر بود. در ادامه تاثير افزودن سيليكون اچ تي وي به مذاب با اضافه كردن اين ماده با درصدهاي وزني 1، 2، 3 و 4 درصد بر خصوصيات ساختاري و   خواص مكانيكي كامپوزيت­هاي ساخته شده مورد بررسي قرار گرفت. بررسي­هاي ساختاري نشان داد كه با افزايش درصد تقويت­كننده، توزيع ذرات تقويت كننده در ساختار بهبود يافته و از حالت كلوخه­اي خارج شده­اند. به طوري كه در نمونه كامپوزيتي حاوي 4 درصد سيليكون اچ تي وي توزيع بسيار مناسبي از ذرات تقويت كننده در ساختار مشاهده گرديد. به­نظر مي­رسد توزيع يكنواخت­تر ذرات تقويت­كننده در كامپوزيت حاوي 4 درصد سيليكون اچ تي وي عمدتا به­علت خروج ناگهاني گازهاي ناشي از پيروليز در مذاب و تاثير آن بر خرد و پراكنده شدن كلوخه­ها و ذرات تقويت­كننده باشد. نتايج حاصل از آزمون­هاي مكانيكي حاكي از افزايش 19 درصدي استحكام تسليم و افزايش 23 درصدي استحكام نهايي در نمونه كامپوزيتي حاوي 4 درصد سيليكون اچ تي وي نسبت به نمونه شاهد مي­باشد. اين در حالي است كه ازدياد طول اين نمونه كامپوزيتي به نمونه شاهد بسيار نزديك است. همچنين سختي نيز 50 درصد افزايش يافت. در نمونه غيركامپوزيتي، به­دليل عدم وجود ذرات تقويت­كننده، افت شديدي در استحكام تسليم حدود47 درصد در دماي بالا نسبت به دماي محيط ايجاد شد. اما اين كاهش استحكام در مورد نمونه كامپوزيتي حاوي 4 درصد سيليكون اچ تي وي به­دليل پايداري حرارتي ذرات تقويت­كننده به­مراتب كمتر و در حدود 38 درصد بود. اضافه كردن 4 درصد سيليكون اچ تي وي به مذاب، باعث بهبود خواص برشي كامپوزيت شده است. به­گونه­اي­كه خواص مكانيكي همچون استحكام تسليم برشي و استحكام كشش برشي نسبت به نمونه شاهد به ترتيب 18 و21 درصد افزايش يافت.

  كلمات كليدي: كامپوزيت زمينه آلومينيوم، درجا، پيروليز، سيليكون اچ تي وي، تقويت­كننده سراميكي، خواص مكانيكي، ريزساختار

Abstract

In this study, in-situ aluminum matrix composites were synthesized through pyrolysis of high temperature vulcanization (HTV) silicone in aluminum melt. For this purpose 1 to 4 wt% of HTV silicone was added to a vortex of molten aluminum at 750­°­C and the resulting slurries were cast in steel dies. Consequently, microstructure, hardness and tensile properties at ambient and high temperatures of the as cast samples were examined. The results revealed in-situ formation and distribution of reinforcement particles in the matrix. EDS analysis indicated that the formed reinforcement particles were consisted of O and Si elements. This confirms the in-situ occurrence of pyrolysis and reinforcement formation. The size of the in-situ formed particles was mostly in 0.2 to 2 micrometers range. It was shown that the composite synthesized by addition of 4 wt% HTV had the highest mechanical properties both at ambient and high temperature. Room temperature hardness, tensile strength and yield strength of his sample were increased by about 50%, 23% and 19% compared to the monolithic sample, respectively.  

Keywords: aluminum matrix composite, in-Situ, pyrolysis, (HTV) silicone, ceramic reinforcement, mechanical properties, microstructure