ماهان فيروزبخت- Mahan Firoozbakht

عنوان : توليد و مشخصه يابي نانو كامپوزيت ريختگي Az91-CNT با وارد كردن پودر Mg-Ni-P-CNT به مذاب

TITLE : Production and Characterization of AZ91-CNT Cast Nano Composites by Introducing Mg-Ni-P-CNT to the Melt

چكيده

توسعة كامپوزيت­هاي منيزيم براي بهبود خواص اين فلز سبك و گسترش استفاده از آن در صنايع حمل و نقل بسيار مورد توجه است. نانولوله­ هاي كربني با ساختاري يكتا و مجموعه­اي از خواص منحصر به فرد، به عنوان انتخابي مناسب براي تقويت كنندگي مواد كامپوزيتي مطرح مي­باشند. تمايل زياد نانولوله ­هاي كربني به خوشه­اي شدن و ترشوندگي كم آنها توسط مذاب فلزات، به كارگيري آنها را با مشكل مواجه كرده است. در اين پژوهش با كمك گرفتن از فرآيند پوشش دهي الكترولس نيكل- فسفر به عنوان مرحلة ابتدايي و تعيين شرايط بهينه آن، پوششي كامپوزيتي با توزيع نسبتاً يكنواخت از نانولوله­هاي كربني بر روي پودر منيزيم ايجاد شد. به كار بردن پودر به عنوان سطح پوشش دهي به خاطر دارا بودن سطح بسيار زياد، واكنش شديدي ايجاد مي­كند كه باعث از بين بردن حالت خوشه­اي نانولوله­ها مي­شود. سپس ذرات منيزيم كه نانولوله­ها به صورت يكنواخت بر آنها توزيع شده­اند به عنوان تقويت كننده وارد مذاب AZ91 شده و كامپوزيت­هايي با درصدهاي متفاوت نانولوله كربني به روش ريخته­گري هم­زدني ايجاد شدند. براي مقايسه، نانولوله­هاي كربني به صورت توده­اي نيز با درصدهاي مشابه به مذاب اضافه شده و به روش مشابه از آنها كامپوزيت­هايي توليد گرديد. نتايج نشان داد كه نانولوله­هاي كربني موجود در پوشش باعث ريز­ شدن ساختار ريختگي شدند در صورتيكه نانولوله­هاي كربني توده­اي نقش زيادي در ريزدانه كردن دانه­هاي آلياژ بازي نكردند. همچنين به دليل عدم توانايي كافي فرآيند توليد ذوبي براي از بين بردن توده­هاي نانولوله كربني، ميزان تخلخل در كامپوزيت­ها با حضور نانولوله­هاي توده­اي بيشتر بود كه باعث كاهش خواص مكانيكي كامپوزيت گرديد. يك درصد نانولوله كربني با توزيع مناسب در پوشش، باعث افزايش 32 درصدي استحكام كششي، 16 درصدي مدول الاستيك، 23 درصدي تنش تسليم، 36 درصدي سختي و 30 درصدي استحكام خمشي كامپوزيت نسبت به حالت غير كامپوزيتي گرديد. همچنين اين تقويت كننده بر خلاف ديگر تقويت كننده­هاي سنتي كاهش چقرمگي را به همراه نداشت اگرچه حالت شكست كامپوزيت همانند نمونة غير كامپوزيتي ترد باقي ماند. نمونة داراي يك درصد نانولوله كربني توده­اي به دليل حضور تخلخل بيشتر، عدم توزيع مناسب تقويت كننده، ترشوندگي كم با مذاب و حضور نداشتن فصل مشترك زمينه- تقويت كنندة قوي از افزايش خواص مطلوب بي بهره ماند.

كلمات كليدي: مواد كامپوزيتي، نانولوله كربني، آلياژ AZ91، پوشش الكترولس نيكل- فسفر، پوشش كامپوزيتي بر پودر، ريخته­ گري هم­زدنی

Abstract

Due to need for fuel savings nowadays, light metal alloys are worth considering for tra  ortation structures. In this regard magnesium and its alloys with the least density among industrial metals have increasing scientific and industrial applications. However, magnesium has limited formability and low strength, so, development of magnesium composites are desired to reduce the mechanical property related shortcomings of this light metal and its alloys. Carbon nano-tube (CNT) with a unique atomic structure is known as a modern material with new applications. CNT has a combination of perfect mechanical, physical and electrical properties and with its extraordinary strength and high toughness is an ideal candidate for reinforcement of composite materials. Although CNT will be useful for improving magnesium properties, there are some disadvantages for production of composites reinforced by CNT. High agglomeration tendency and poor wetability of CNTs with metal melts due to their surface energy differences are the main challenges for using this modern material as the reinforcement in composites. Considering the desire to overcome these challenges, coating CNTs or putting them in a metallic coating are two practical solutions.   In this study, nickel- phosphorous electroless coating process was employed for the first time for uniform co-deposition of CNTs into a Ni-P matrix coated on magnesium powder. In the first steps, important parameters of electroless bath like pH and temperature were optimized for the best condition of entangling CNTs. Then different amount of CNTs are introduced to the electroless bath for the best situation of dispersion and reinforcing. Due to very large surface area of the particles to be coated, intense coating reactions which would prevent CNT agglomeration in the coatings were expected. Also moving powder as coating surface caused a homogenous suspension of reinforcement in the electroless bath so uniform composite coating could be produced. The magnesium powder with the optimum composite coating was used as the reinforcement for uniform addition of CNTs to AZ91 alloy through mechanical mixing in the molten alloy. Similar composites were also produced with untreated as-purchased CNTs for comparison.resulted in notable grain refinement of the matrix, whereas addition of untreated CNTs were not very effective. On the other hand, one percent dispersed CNTs in the coating caused 32 percent enhancement in UTS, 16 percent enhancement in Young modulus, 23 percent enhancement in yield stress, 36 percent enhancement in hardness and 30 percent enhancement in ...