بررسی خواص سایشی آلیاژ آلومینیم 6061 و کامپوزیت حاوی نانولوله‌های کربنی ساخته‌شده به روش آلیاژسازی مکانیکی و فرایند پرس داغ

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مهدی امیدی ¹ , سعید ناطق ² , آرش اعتماد ³ , محمد رضا رستمی ⁴ , محمد اسماعیل شفیعی ⁵

1 - استادیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد،واحد نجف آباد، دانشگاه آزاداسلامی، نجف آباد، ایران
2 - استاد، دانشکده مهندسی مواد،واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران
3 - دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی نانو مواد، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
4 - دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی نانو مواد،دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران
5 - کارشناسی، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد،واحد نجف آباد، دانشگاه آزاداسلامی، نجف آباد، ایران

تاريخ الإرسال : 12 السبت , ربيع الثاني, 1439 تاريخ التأكيد : 27 الأحد , محرم, 1440 تاريخ الإصدار : 13 الأحد , محرم, 1440

الکلمات المفتاحية: کامپوزیت, سایش, آلیاژ آلومینیم 6061, نانولوله‌های کربنی, پرس داغ,

ملخص المقالة :

در این پژوهش آلیاژ آلومینیم نانوساختار و کامپوزیت‌های پایه آلومینیمی حاوی مقادیر مختلف نانولوله‌های کربنی ( wt.%5/1-5/0) به روش ترکیبی آلیاژسازی مکانیکی و پرس داغ تولید گردید. آزمایش‌ها نشان داد که افزودن نانولوله کربنی تا 1 درصد وزنی به میزان جزئی دانسیته نسبی کامپوزیت آلومینیم – نانولوله کربنی را افزایش می‌دهد. این در حالی است که مقادیر سختی کامپوزیت فوق با افزایش نانولوله‌های کربنی به دلیل قرارگیری نانولوله‌های کربنی در فضای خالی بین ذرات پودر و پر شدن میکرو حفرات به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش‌یافته است. مقدار سختی از HV 3/93 مربوط به آلومینیم درشت دانه به HV 18/219 رسید. مقادیر بیشتر نانولوله‌های کربنی موجب کاهش سختی و دانسیته نسبی کامپوزیت تولیدی گردید. رفتار سایشی کامپوزیت‌های آلومینیومی حاوی نانولوله‌های کربنی به روش پین روی دیسک موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اضافه کردن نانولوله‌های کربنی تا میزان 1 درصد وزنی به کامپوزیت موجب کاهش ضریب اصطکاک و کاهش وزن گردیده است. مقدار ضریب اصطکاک آلومینیم درشت دانه در محدوده (91/0-33/0) و برای نمونه حاوی 1 درصد وزنی، ضریب اصطکاک حالت پایدار در محدوده (45/0-42/0) تغییر کرد. همچنین کاهش وزن نیز از 1/44 به 4/7 میلی‌گرم رسید. این در حالی است که افزایش مقادیر بیش از آن به دلیل ایجاد پدیده توده‌ای شدن موجب افزایش ضریب اصطکاک و کاهش وزن کامپوزیت آلومینیمی می‌گردد. نتایج آزمون‌های سایش برای آلومینیوم درشت‌دانه، نانوساختار و کامپوزیت آلومینیم حاوی 1 درصد وزنی نانولوله کربنی نشان داد که مکانیزم سایش به ترتیب چسبان، ورقه ورقه شدن و خراشان است.

المصادر:

References:
1- C.F. Deng,D.Z. Wang,Zhang,X.X.&A.B. Li,Processing and properties of carbon nanoyubes reinforced aluminum composite,Mater.Sci.Eng.A,Vol.444,pp.138-145,2007.
2- G.W. Stachowiak& A.W. Batchelor, “Experimental Methods in Tribology”, Elsevier Science Ltd, USA, 2004.
3- H.J.Choi,S.M. Lee&D.H. Bae, “Wear characteristic of aluminum based composites containing multi walled carbon nanotubes”,Wear,Vol.270,pp.12-18,2010.
4- M.M.H.Bastwros, M.K. Esawi&A. Wifi, “Friction and wear behavior of Al-CNT composites”, Wear,Vol.307,pp.164-173, 2013.
5- I.Y. Kim, J.H. Lee, G.S. Lee, S.H.Baik, Y.J. Kim&Y.Z. Lee, “Friction and wear characteristics of the carbon nanotube–aluminum composites with different manufacturing conditions”, Wear,Vol.267,pp.593–598, 2009.
6- A.M. Al-Qutub, A.Khalil, N. Saheb&A.S.Hakeem,“Wear and Friction Behavior of Al6061 Alloy Reinforced With Carbon Nanotubes”,Wear,Vol.297,pp.752-761,2013.
7- M. Jafari,M.H. Abbasi&M.H. Enayati, F.Karimzadeh, “ Mechanical properties of nanostructured Al2024–MWCNT composite prepared by optimized mechanical milling and hot pressing methods”, Advanced Powder Technology,Vol.23,pp.205 –210,2012.
.
8- Shewman.P.G.,Transformations in Metals,McGraw-Hill,New York,1969.
64 بررسی خواص سایشی آلیاژ آلومینیوم 6061 و کامپوزیت حاوی نانولولههای کربنی تولیدشده به روش آلیاژساز...
9- R. Christopher, Bradbury,Jaana-KateriinaGomon,L.Kollo,H.Kwon&M.Leparoux, “Hardness of Multi Wall Carbon Nanotubes reinforced aluminium matrix composites”Journal of Alloys and Compounds,Vol.585,pp.362-367,2014.
10- T.Z. Mohamed Hassan&M.K. AmalEsawiSayedMetwalli,“Effect of carbon nanotube damage on the mechanical properties of aluminium–carbon nanotube composites”, Journal of Alloys and Compounds,Vol. 607 ,pp.215–222, 2014.
11- R. Perez-Bustamante, F. Perez-Bustamante, I. Estrada-Guel, L.Licea-Jimenez, M. Miki-Yoshida&R. Martínez-Sanchez, “Effect of milling time and CNT concentration on hardness of CNT/Al2024 composites produced by mechanical alloying”, Materials C haracterization,Vol.7 5,pp. 1 3 – 1 9,2 0 1 3.
12- K.M. Shorowordi, A.S.M.A Haseeb&J.P.Celis, “Velocity effects on the wear, friction and tribochemistry of aluminum MMC sliding against phenolic brake pad”, Wear,Vol. 256 ,pp.1176–1181,2004.
13- M. Jafari, M.H. Enayati, M.H.Abbasi&F. Karimzadeh,“Compressive and wear behaviors of bulk nanostructured Al2024 alloy”, Materials and Design,Vol.31,pp. 663–669,2010.
14- Y.Y.Chang.,D.Y. Wavg,C.H.Chang & W.T.Wu,Tribological analysis of nano-composite diamond-like carbon films deposite by unbalanced magnetron sputtering,Surf.Coat.Technol.,Vol.184,pp.349-355,2004.
15- U.Abdullahi, M.A. Maleque&U.Nirmal, “Wear mechanism map of CNT-Al nano-composite”, Procedia Engineering, Vol. 68, pp.736–742,2013.
16- K. Lu&J.Lu,Surfacenanocrystallization (SNC) of metallic materials Presentation of the concept behind a new approach,J.Mater.Sci.Technol,Vol.15,pp.193-197,1999.
17- D. Lahiri,V. Singh,V.,A.K. Keshri, S. Seal&A. Agarwal, “Carbonnanotube toughened hydroxyapatite by spark plasma sintering:microstructuralevolutionandmultiscaletribological properties”,Carbon,Vol.48,pp.3103–3120, 2010.
18- S.M.Zhou, X.B. Zhang,X.B., Z.P. Ding, C.Y. Min,G.L. Xu& W.M. Zhu, “Fabrication and tribological properties of carbon nanotubes reinforced Al composites prepared by pressureless infiltration technique”,Composites A,Vol.38,pp.304-306,2007.
19- A.R. Abdollahi, A. Alizadeh&H.R. Baharvandi, “Dry sliding tribological behavior and mechanical properties of Al2024–5 wt.%B4C nanocomposite produced by mechanical milling and hot extrusion”, Materials and Design, Vol. 55, pp.471–481,2014.
20- S. Kumar,M. Chakraborty,V.S.Sarma & B.S.Murty, “Tensile and wear behavior of in situ Al-7Si/TiB2 particulate composites”, Wear ,vol.265,pp.134-142,2008.
21- F. Akhlaghi&A.Zare-Bidaki, “ Influence of graphite content on the dry sliding and oil impregnated sliding wear behavior of Al 2024–graphite composites produced by in situ powder metallurgy method”, Wear,Vol. 266 ,pp.37–45, 2009.
22- G.E. Dieter,MechanicalMetallurgy,4th Ed.,McGraw-Hill,1988.
23- N.Hosseini ,F.Karimzadeh, M.H. Abbasi&M.H. Enayati “A comparative study on the wear properties of coarse-grained Al6061 alloy andnanostructured Al6061–Al2O3 composites”, Tribology International,Vol. 54 ,pp.58–67, 2012.
65 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 1/ پاییز 1397
24- A.M.Al-Qutub, I.M.Allam & T.W.Qureshi, “Effect of sub-micron Al2O3 concentration on dry wear properties of 6061 aluminum based composite”, Journal of Materials Processing Technology,Vol.172, pp. 327–331, 2006.
25- M.H.Cho,J.Ju,S.J. Kim& H. Jang, “Tribological properties of solid lubricants (graphite,Sb2S3,MoS2) for automotive brake friction materials,Wear,Vol.260,pp.855-860,2006.
26- S.R. Dong, J.P. Tu&X.B. Zhang,“An investigation of the sliding wear behavior of Cu-matrix composite reinforced by carbon nanotubes”,Materials Science and Engineering A:Structural Materials,Vol.313,pp.83–87,2001.
27- R. PerezBustamante,J.L. BuenoEscobedo,J. Jimenez-Lobato, I. Estrada-Guel,M. Miki-Yoshida,L. Licea-Jiménez&R. MartínezSanchez,“Wear behavior in Al 2024–CNTs composites synthesized by mechanical alloying”,Wear,Vol.292–293,pp.169–175, 2012.
28- K.T. Kim,S. Cha&S.H. Hong,Hardness and wear resistance of carbon nanotube reinforced Cu matrix nanocomposites,Mater.Sci.Eng.A,Vol.449-451,pp.46-50,2007.
29- C.B. Lin, Z.C.Chang, Y.H. Tung&Y.Y.Ko, “Manufacturing and tribological properties of copper matrix/carbonnanotubes composites”,Wear,Vol.270,pp.382–394, 2011
30 - امینی. میلاد.، ثابت. حامد. ، کاربخش راوری.
بنفشه.، 1397 ، "بررسی تاثیر مقادیر ذرات B4C بر سختی و
مقاومت به سایش کامپوزیت Al-SiC-B4C ایجاد شده به
روش GTAW بر آلیاژ AA332 ، مجله مواد نوین، دوره 8 ،
شماره 31 ، 123 - 140 .

_||_