مهدي باغي- Mahdi Baghi

عنوان : توليد و مشخصه يابي كامپوزيت ريختگي آلومينيم- الياف كوتاه كربني توسط فرايند ريخته گري كوبشي

TITLE : Fabrication and characterization of cast Al-Csf composite by squeeze casting process

چكيده

الياف كربن به دليل دارا بودن ويژگي­هاي منحصربه­فرد، به عنوان گزينه مناسبي براي تقويت كامپوزيت­هاي زمينه فلزي به شمار مي­روند. در اين پژوهش كامپوزيت ريختگي زمينه آلياژ آلومينيم A413، تقويت شده با الياف كوتاه كربن، با استفاده از تركيبي از فرايند ريخته­گري گردابي وكوبشي توليد شد. در ادامه تاثير اعمال فشار، درصد حجمي الياف و پوشش الياف بر چگالي و تخلخل، توزيع تقويت­كننده، خواص مكانيكي، هدايت الكتريكي و خواص سايشي كامپوزيت­هاي توليدي مورد بررسي قرار گرفت. به منظور پوشش­دهي الياف كربن، از روش الكترولس نيكل-فسفر استفاده و تاثير افزودن غلظت­هاي مختلف سورفكتانت PVA به حمام الكترولس، بر يكنواختي پوشش اعمالي بر الياف كربن بررسي گرديد. غلظت بهينه PVA در حمام g/lit 5/0 تشخيص داده شد. اعمال فشار بر مذاب، باعث افزايش چگالي نمونه­ها و كاهش تخلخل آنها مي­شود. همچنين با افزايش درصد الياف كربني به ساختار، چگالي نمونه­ها كاهش و تخلخل آنها افزايش يافت. پوشش دادن الياف كربن منجربه افزايش چگالي و كاهش درصد تخلخل شد. نتايج به دست آمده حاكي از توزيع عمدتاً دسته­اي الياف در ساختار براي كامپوزيت­هاي تقويت­شده با الياف بدون پوشش است كه عدم اعمال فشار بر مذاب منجر­به عدم نفوذ و اعمال فشار باعث نفوذ مذاب در بين دسته­هاي الياف مي­شود. استفاده از الياف پوشش­داده شده به همراه اعمال فشار بر مذاب در فرايند ريخته­گري منجر به دستيابي به توزيع يكنواخت الياف در زمينه مي­گردد. در كامپوزيت­هاي تقويت شده با الياف بدون پوشش و بدون فشار، با افزايش درصد تقويت­كننده، افت خواص مكانيكي و خواص سطحي مشاهده شد. نتايج نشان مي­دهد، در كامپوزيت­هاي توليد شده تحت شرايط اعمال فشار بر مذاب و الياف بدون پوشش تا 2درصد حجمي الياف، خواص مكانيكي بهبود يافته و با افزودن 3 درصد افت خواص رخ مي­دهد. در حالي­كه در كامپوزيت تقويت شده با 3 درصد حجمي الياف داراي پوشش و منجمدشده همراه با اعمال فشار، استحكام بيش از دو برابر و سختي نزديك به دو برابر نسبت به نمونه غيركامپوزيتي منجمد شده بدون اعمال فشار افزايش يافت. نتايج حاصل از آزمون سايش نشان از افت خواص سايشي در شرايط بدون فشار و بهبود خواص سايشي در حضور الياف كربني و تحت فشار دارد. نتايج اندازه­گيري مقاومت الكتريكي نمونه­ها نشان­دهنده كاهش رسانايي الكتريكي نمونه­هاي كامپوزيتي نسبت به نمونه­هاي مشابه غيركامپوزيتي است.

كلمات كليدي: كامپوزيت زمينه فلزي، ، الياف كربن، ريخته­گري كوبشي، الكترولس نيكل- فسفر، استحكام كششي، سايش، هدايت الكتريكي

Abstract

Carbon fiber is considered a good candidate for reinforcing metal matrix composites due to its unique properties. In the present study, cast A413 aluminum alloy reinforced with short carbon fibers was produced using a combination of vortex and squeeze casting processes. Then the effects of applied pressure, reinforcement volume percentage and fiber coating on density, porosity content, reinforcement distribution, mechanical properties, electrical conductivity and wear properties of the produced composites were studied. Nickel-phosphorus electroless deposition was used for coating the carbon fibers, and the effect of addition different concentrations of PVA surfactant to the electroless bath, on the uniformity of the deposited coating was investigated. The optimum concentration of PVA in the bath was identified as 0.5 g/lit. Applying pressure on the molten metal led to increased density and decreased porosity of the cast samples. Similar effects were observed when coated short fibers were used. By increasing the percentage of carbon fibers, the density was reduced and the porosity of the samples increased. Distribution of short carbon fibers in the matrices of the samples reinforced with uncoated fibers was poor where most of the fibers were agglomerated and not infiltrated by the melt through atmospheric pressure casting. Squeeze casting resulted in infiltration of the agglomerates. Using coated short carbon fibers and application of pressure on the melt caused a rather uniform distribution of the fibers in matrix. In the composites reinforced with uncoated fibers and with no applied pressure, the mechanical and wear properties were reduced by increasing the reinforcement percentage. In the composites synthesized under pressure using uncoated fiber, the mechanical properties were improved by increasing the fiber content up to 2 vol.%, after which they decreased. In the composites synthesized under pressure using coated fibers, improvement of the mechanical properties by increasing the fiber content steadily continued. The ultimate tensile strength and hardness value of the composites reinforced with 3 vol.% fiber under such conditions increased by more than two times and close to two times, respectively, compared to the gravity cast monolithic samples. The wear resistance of gravity cast composites were reduced whereas those of the squeeze cast composites increased compared to the monolithic samples. The results showed a decrease in the electrical resistance of the composite samples compared to the corresponding monolithic ones ...