Mansour Borouni-منصور برونی
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
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 ...