مهرداد شايان - Mehrdad Shayan

عنوان : توليدو مشخصه يابي كامپوزيت ريختگي آلومينيم نانو لوله كربني توسط فرايندهاي نورد و ريخته گري كوبشي

TITLE : Fabrication and characterization of cast Al-CNT composite by rolling and squeeze casting processes

چكيده

نانولوله‌هاي كربني به واسطه دارا بودن ويژگي‌هاي منحصر به فرد، به عنوان گزينه مناسبي براي تقويت كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي به شمار مي‌روند. در اين پژوهش نانوكامپوزيت‌هاي ريختگي A356-CNT با استفاده از فرآيند ريخته‌گري كوبشي و با اضافه نمودن ورق‌هاي كامپوزيتي Al-CNT حاصل از فرآيند آنيل و نورد اتصالي پيوسته به مذاب زمينه توليد شدند. اين كار به منظور بهبود ترشوندگي و توزيع مناسب‌تر نانولوله‌هاي كربني در كامپوزيت انجام گرديد. در ادامه تأثير افزودن نانولوله‌هاي كربني و فرآيند ريخته‌گري كوبشي بر خصوصيات ساختاري، مكانيكي، فيزيكي و سرعت خوردگي نانوكامپوزيت‌هاي توليدي بررسي گرديد. همچنين روابط رياضي بين پارامترهاي ورودي سيستم و نتايج خروجي آن توسط نرم‌افزار Design-Expert مدل شده و محدوده بهينه پارامترهاي ورودي جهت حصول بهترين نتايج محاسبه گرديد. نتايج حاكي از كاهش اندازه دانه و فواصل بين بازوهاي دندريتي ثانويه، افزايش استحكام نهايي برشي و استحكام تسليم برشي در دماي محيط و دماي بالا و افزايش استحكام خمشي در اثر كامپوزيت‌سازي به روش ريخته‌گري كوبشي بود. با اعمال فشار بر مذاب چگالي نمونه ها افزايش و تخلخل آنها كاهش، و با اضافه نمودن نانولوله‌هاي كربني به ساختار چگالي نمونه ها كاهش و تخلخل آنها افزايش يافت. نانوكامپوزيت‌هاي توليد شده به روش ريخته‌گري كوبشي حدود 85 درصد استحكام برشي خود را در دماي 300 درجه سانتيگراد نسبت به دماي محيط حفظ كردند در حالي كه اين مقدار براي آلياژ A356 تقويت‌نشده ريختگي بدون اعمال فشار حدود 58 درصد بود. رسانايي الكتريكي قطعات توليدي با اضافه شدن نانولوله‌هاي كربني و اعمال فشار در فرآيند ريخته‌گري كوبشي كاهش يافت. سرعت خوردگي در اثر اضافه نمودن نانولوله‌هاي كربني به ساختار كاهش و در اثر اعمال فشار در فرآيند ريخته‌گري كوبشي افزايش يافت. با استفاده از روابط رياضي به دست آمده مناسب‌ترين فشار، ميزان نانولوله‌هاي كربني و دما جهت حصول خواص بهينه به ترتيب MPa 65/137، wt% 5/0 و 75/666 درجه سانتيگراد محاسبه شد.

كلمات كليدي: نانوكامپوزيت A356-CNT، ريخته‌گري كوبشي، آنيل و نورد اتصالي پيوسته، طراحي آزمايش، ساختار، كيفيت قطعه، استحكام برشي، رسانايي الكتريكي، سرعت خوردگی

ABSTRACT  

Carbon nanotubes with their special properties are a suitable choice for reinforcing the metal matrix composites. In this research as cast A356-CNT nanocomposites were fabricated by means of squeeze casting method and dilution of Al-CNT composite sheets produced by continual annealing and roll-bonding process into the molten matrix alloy. The aim was to improve the wettability and distribution of CNTs in the matrix. The effects of carbon nanotubes and squeeze casting process on structural, mechanical and physical properties as well as the corrosion rate were investigated. Furthermore, mathematical relations between the inputs and outputs of the system were modeled by Design-Expert software and the optimum intervals of input parameters to obtain desired results were calculated. Results showed that structural, mechanical and physical properties of as cast nanocomposites were improved by the employed process. It was shown that grain size and secondary dendrite arm spacing were reduced whereas the ultimate shear strength and shear yield strength at room and high temperatures were improved. Reduction of density and enhancement of porosity by addition of carbon nanotubes to the structure and enhancement of density and reduction of porosity by squeeze casting were other results of this study. Squeeze cast nanocomposites retained about 85 percent of their shear strength at 300 °C while the conventionally cast monolithic alloy retained only about 58 percent of its shear strength at 300 °C. Electrical conductivity of castings was decreased by incorporation of carbon nanotubes to the structure and application of pressure during solidification. Corrosion rate was decreased by incorporation of carbon nanotubes to the structure and increased by squeeze casting process. The pressure, carbon nanotubes content and temperature to obtain optimum desired properties were calculated by the mathematical relations to be 137.56 MPa, 0.5 wt% and 666.75 °C, respectively.

Key Words: A356-CNT nanocomposites, squeeze casting method, continual annealing and roll-bonding process, design of experiment, microstructure, casting quality, shear strength, electrical conductivity, corrosion rate