تولید پودر نانوکریستالی آلومینیوم از ضایعات آلیاژ آلومینیوم به روش بازیافت حالت جامد
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
هادی رضازاده
1
,
مازیار آزادبه
2
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران
2 - استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران
کلید واژه: آسیاکاری مکانیکی, بازیافت حالت جامد, ضایعات آلیاژ آلومینیوم, پودر نانو کریستالی آلومینیوم,
چکیده مقاله :
چکیده
مقدمه: هدف از این پژوهش، بازیافت حالت جامد ضایعات آلیاژ آلومینیوم سری 3000 و 5000 و تولید پودر نانوکریستالی آلومینیوم با روش آسیاکاری مکانیکی بدون استفاده از عامل کنترل‌کننده فرآیند است. در این راستا قوطی های آلومینیومی مستعمل نوشیدنی که از سه قسمت سر با آلیاژ 5182، قسمت یکپارچه بدنه (نازک) و پایه (ضخیمتر) از آلیاژ 3004 تشکیل‌شده‌اند، به‌عنوان مواد اولیه استفاده شدند.
روش: قسمت سر و قسمت یکپارچه‌ی بدنه و پایه با توجه به آلیاژهای سازنده شان از هم مجزا شده اند و بدنه و پایه ی قسمت یکپارچه نیز علیرغم ترکیب شیمیایی یکسان بدلیل ضخامت متفاوتشان از هم جداشدند تا بتوان با در نظر گرفتن دو متغیر ترکیب شیمیایی و ضخامت، مکانیزمی برای خردایششان تعیین کرد. هر سه قسمت به‌صورت جداگانه پس از عملیات رنگزدایی توسط قیچی صنعتی به صورت چیپس های ریز با اندازه کمتر از 8 میلیمتر خرد شدند. سپس با استفاده از دستگاه آسیای سیاره ای تحت اتمسفر گاز آرگون، در حضور گلوله هایی از جنس فولاد بلبرینگی 52100، با نسبت وزنی گلوله به پودر 10 به 1 ، در مدت زمان های مختلف آسیاکاری تا 104 ساعت به ذرات پودری تبدیل شدند.
یافته ها: چیپس های قسمت سر قوطی سریع‌تر از چیپس های قسمت یکپارچه بدنه و پایه خردشده و پودر حاصل از آن نیز ریزتر است. با توجه به نتایج آزمون PSA، 90D پودر تولیدشده قسمت سر قوطی کمتر از اندازه 150 میکرومتر است؛ درحالی‌که برای 90D پودرهای تولیدشده قسمت یکپارچه بدنه و پایه قوطی این مقدار بیشتر از 150 میکرومتر است که از این دستاورد می توان در مقیاس صنعتی برای جداسازی ذرات ریزتر آلیاژ آلومینیوم 5000 از ذرات درشت تر آلیاژ آلومینیوم 3000 به کمک الک با اندازه مش 150 میکرومتر استفاده کرد.
نتیجه گیری: با استفاده از دادههای آزمون PSA، مدت زمان بهینه آسیاکاری که منجربه تولید ریزترین اندازه پودر می شود برای سه قسمت سر، بدنه و پایه قوطی به ترتیب 72، 80 و 80 ساعت با 90D پودرهای حاصله مساوی با 109، 258 و 391 میکرومتر به دست آمد. همچنین سیالیت پودرهای قسمت سر، بدنه و پایه به ترتیب برابر با 8/57، 3/59 و 50g/s 1/61 و چگالی ظاهری نیز به ترتیب برابر با 38/1، 43/1 و cm3/g 46/1 به دست آمد.
Abstract
Introduction: : The purpose of this research is solid state recycling of 3000 and 5000 series aluminum alloy scrap to produce aluminum nano-crystalline powder by mechanical milling without using process controlling agent. In this regard, aluminum used beverage cans (UBCs) which consist of lid (alloy 5182) and the monolith part (alloy 3004) of the body (thin) and bottom (thicker).
Methods: To achieve disintegration mechanism, lid part, body and bottom of monolith part are separated each other because of diverse constituent of Al series and different thickness. The three parts individually were decoated then cut into the small chips (app. 8 mm). The chips were mechanically ball milled at different times up to 104 hours under argon atmosphere. The ratio of ball to powder was 10 to 1.
Findings: The lid part chips are crushed faster than the monolith part chips, and, resulting in a finer powder. According to the PSA results, the D90 of the lid powder is less than 150 micrometers; while D90 of the body and bottom powders are more than 150 micrometers. This result can be used on an industrial scale to separate the constituent elements of crushed UBCs from each other. The smallest D90 values of lid, body and bottom powders, which obtained after 72, 80 and 80 h as optimum milling time, are 109, 258 and 391, respectively. Also, their flowability were 57.8, 59.3 and 61.1 s/50 g, as well as the apparent density were 1.38, 1.43 and 1.46 g/cm3, respectively.
_||_