For Better Performance Please Use Chrome or Firefox Web Browser

Mansour Borouni-منصور برونی

مقطع: 
Graduated

عنوان : توسعه نانوكامپوزيت ريختگي پايه منيزيم تقويت شده با ذرات اكسيدي به صورت درجا با استفاده از نانو پودر اكسيدسيليسيم

TITLE : Development of insitu magnesium base nano0composite reinforced using nano0powdere silicon oxide particles

چكيده

درچند دهـه اخير اسـتفاده از كامپوزيت­هاي زمينه فلزي مورد توجه پژوهشگران و صاحبانصنايع قرار گرفته است. در اين رابطه به­دليل چگالي كم واستحكام­ويژه بالا، توجه خاصي به كامپوزيت­هاي زمينه منيزيمي تقويت شده با ذراتسراميكي شده است. يكي از جديدترين روش­هاي ذوبي ساخت اين كامپوزيت­ها، روش واكنش­گردرجا مي­باشد. از   جمله ويژگي اين روش­ايجاد فاز تقويت كننده در داخل مذاب در اثر واكنش بين عناصر و مواد تشكيل دهندهمذاب، پايداري ترموديناميكي ذرات تقويت­كننده و توزيع يكنواخت آن­ها در زمينه وفصل­مشترك پيوسته ذرات تقويت­كننده با زمينه است. پژوهش­هاي محدودي در اين زمينهبر روي آلياژهاي زمينه منيزيمي انجام شده است. اين پژوهش­ها نشان داده كهاكسيداسيون منيزيم مذاب و انجام واكنش­هاي ناخواسته منجر به اتلاف و تجزيه ذراتتقويت­كننده مي­شود. هدف از اين پژوهش، توسعه يك نانوكامپوزيت زمينه منيزيمي ازجنس آلياژ AZ91Cتقويت­شدهبا ذرات اكسيدي، به­ صورت درجا با افزودن يك پودر فعال­شده به مذاب مي­باشد. براساس بررسي­هاي انجام شده، تاكنون پژوهش مشابهي در مورد آلياژهاي منيزيم انجامنشده است. براي دست­يابي به اين هدف ابتدا مخلوطي از پودر آلومينيوم و نانو پودراكسيد سيليسيم در آسياب گلوله­اي پر انرژي، فعال شده و سپس به منظور انجام واكنشآلومينيوترمي و توليد تقويت­كننده درجا به مذاب اضافه شد. در مرحله فعال­سازي،مخلوط پودري 50wt.%Al+50wt.%SiO2(np) درزمان­هاي مختلف 5 تا 150 ساعت فعال­سازي شده و زمان بهينه فعال­سازي قبل از اضافهنمودن به مذاب توسط   آناليز حرارتي و روشتفرق پرتو ايكس برابر با 5 ساعت به دست آمد. پس از افزودن پودر فعال بهينه­يابيشده به مذاب و همراه با انجام واكنش­هاي مذاب، هم­زدن و پخش يكنواخت ذرات درجا درمذاب و توليد كامپوزيت صورت گرفت و تاثير مقدار پودر فعال شده افزوده شده به مذاببر خصوصيات ساختاري و مكانيكي كامپوزيت­هاي ساخته شده بررسي شد. مشخصه­هايساختاري و واكنش­گري پودر فعال­شده و كامپوزيت­هاي ساخته شده به كمك روش­هايآناليز حرارتي، تفرق پرتو ايكس و ميكروسكوپي نوري و الكتروني روبشي مشخصه­يابيشدند. ويژگي­هاي ريزساختاري مورد مطالعه در كامپوزيت­هاي ريختگي شامل نوع، توزيع وآگلومراسيون ذرات، اندازه دانه­ها و عيوب ساختاري بود. جهت بررسي خواص مكانيكي، آزمايش­هايسختي، كشش در دماي محيط و دماي بالا و آزمايش فشار در دماي محيط انجام شد. بررسي­هايانجام شده نشان داد كه با افزايش 5/0 تا 2 درصد وزني نانوذرات سيليكاي آمورف، خواصريزساختاري و مكانيكي بهبود مي­يابد ولي با افزايش بيشتر، كليه خواص ريزساختاري ومكانيكي به علت افزايش تخلخل و توده­اي شدن نانوذرات تقويت­كننده، كاهش چشم­گيريمي­يابد. بررسي­ها نشان داد نانوكامپوزيت ساخته شده با افزودن 2 درصد وزنينانوذرات سيليكاي آمورف به مذاب آلياژ AZ91C داراي خواص ريزساختاري و مكانيكي بهينهدر شرايط محيطي و دماهاي بالاتر از محيط، و نيز استحكام فشاري بالاتر از آلياژتقويت نشده است. مقدار سختي، استحكام تسليم و استحكام كششي   به­­ترتيب از 65 برينل، 82 مگاپاسكال و 165مگاپاسكال در نمونه­هاي بدون تقويت­كننده به 80 برينل، 120 مگاپاسكال و 230مگاپاسگال در نمونه كامپوزيتي بهينه افزايش يافت.   مكانيزم­­ استحكام­دهي غالب، اثر هال- پچ تشخيصداده شد كه بيش از 30 درصد سهم استحكام­دهي را به خود اختصاص داده است. با فعال­سازيمخلوط پودري آلومينيوم و نانوپودر سيليكاي آمورف،تبديل نانوپودرسيليكاي آمورف به نانوپودر سيليكاي بلوري مشاهده شد. به نظر مي­رسد مكانيزم اينپديده، نفوذ اتم­هاي آلومينيوم به داخل شبكه سيليكاي آمورف در اثر تنش­هاي واردشده به شبكه آن و افزايش همزمان انرژي حرارتي ناشي از فعال­سازي مكانيكي باشد. بابررسي­هاي XRD،SEMوFESEMبر روي محصولات باقيمانده پس از انحلال مخلوط­هاي پودري 50wt.%Al+50wt.%SiO2(np) در اسيد كلريدريك،زمان­ بهينه فعال­سازي مخلوط پودري   جهت بلوري شدن نانوسيليكاي آمورف برابر 60 ساعتبه­دست آمد و اندازه متوسط نانوسيليكاي بلوري استخراج شده در اين شرايط حدود 30نانومتر بود. نانوسيليكاي آمورف با حرارت دادن نيز به حالت بلوري تبديل شد. مشخصشد كه در روش حرارتي تبلور نانوسيليكاي آمورف  در دماي حدود C°700شروع و در دماي حدود C°1200 كامل مي­شود و پودر سيليكاي بلوري به­دست آمده داراي اندازه متوسط ذرات حدود200 نانومتر است.

 كلماتكليدي: نانوكامپوزيت، منيزيم، AZ91C، روش واكنش­گر درجا، ريزساختار، نانوسيليكايآمورف و بلوري،خواص مكانيكي.

Abstract

In the last few decades, the use of metallic composites has been considered byresearchers and industry owners. In this regard, due to low density and high specific strength,special attention has been paid to magnesium-based composites reinforced withceramic particles. One of thenewest methods for making these composites is the in situ reaction method. One of the features of this methodis the formation of a reinforcing phase inside the melt due to the reactionbetween the elements and the melt constituents, the thermodynamic stability ofthe reinforcing particles and their uniform distribution in the matrix andcontinuous interconnection of the reinforcing particle with the field. Limited research has been done onmagnesium field alloys. These studieshave shown that the oxidation of molten magnesium and the unwanted reactionslead to the loss of particle size and the degradation of particles. The purpose of this study was todevelop a nanocomposite of a magnesium base of AZ91C-enhanced alloy oxideparticles, in situ ...

تحت نظارت وف ایرانی