تولید پودر نانوکریستالی آلومینیوم از ضایعات آلیاژ آلومینیوم به روش بازیافت حالت جامد

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

هادی رضازاده ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران)
مازیار آزادبه ² (استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران)

تاريخ الإرسال : 30 الأحد , ربيع الأول, 1445 تاريخ التأكيد : 11 السبت , جمادى الأولى, 1445 تاريخ الإصدار : 01 الجمعة , شوال, 1444

الکلمات المفتاحية: آسیاکاری مکانیکی, بازیافت حالت جامد, ضایعات آلیاژ آلومینیوم, پودر نانو کریستالی آلومینیوم,

ملخص المقالة :

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.

المصادر:

1. PARASKEVAS, D., KELLENS, K., DEWULF, W. and DUFLOU, J. R. 2015. Environmental modelling of aluminium recycling: a Life Cycle Assessment tool for sustainable metal management. Journal of Cleaner Production, 105, 357-370.


2. Rojas-Díaz, L., Verano-Jiménez, L.E., Muñoz-García, E., Esguerra-Arce, J. and Esguerra-Arce, A. 2020. Production and characterization of aluminum powder derived from mechanical saw chips and its processing through powder metallurgy. Powder Technology, 360, 301-311.


3. KHAING, H. Y. and KYWE, T. T. 2011. PRODUCTION OF FINE ALUMINUM POWDER FROM METALLIC ALUMINUM. The 5th PSU-UNS International Conference on Engineering and Technology, Songkhla. Faculty of Engineering, 47-51.


4. TAGHIABADI, R., ROSTAMABADI, A., TASVIBI, S. and SHAERI, M. H. 2020. Increasing the recycling percent in liquid-state recycling of Al machining chips by friction stir processing. Materials Chemistry and Physics, 243, 122627.


5. PARASKEVAS, D., VANMEENSEL, K., VLEUGELS, J., DEWULF, W., DENG, Y. and DUFLOU, J. R. 2014. Spark Plasma Sintering As a Solid-State Recycling Technique: The Case of Aluminum Alloy Scrap Consolidation. Materials, 7, 5664-5687.


6. GRONOSTAJSKI, J., MARCINIAK, H. and MATUSZAK, A. 2000. New methods of aluminium and aluminium-alloy chips recycling. Journal of Materials Processing Technology, 106, 34–39.


7. DUFLOU, J. R., TEKKAYA, A. E., HAASE, M., WELO, T., VANMEENSEL, K., KELLENS, K., DEWULF, W. and PARASKEVAS, D. 2015. Environmental assessment of solid state recycling routes for aluminium alloys: Can solid state processes significantly reduce the environmental impact of aluminium recycling? CIRP Annals - Manufacturing Technology, 1-4.


8. CHIBA, R. & YOSHIMURA, M. 2015. Solid-state recycling of aluminium alloy swarf into c-channel by hot extrusion. Journal of Manufacturing Processes, 17, 1–8.


9. MEHTEDI, M. E., FORCELLESE, A., SIMONCINI, M. and SPIGARELLI, S. 2018. A sustainable solid state recycling of pure aluminum by means of friction stir extrusion process (FSE). AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics, 030004-1–030004-6.


10. AHMAD, A., LAJIS, M. A., YUSUF, N. K. and WAGIMAN, A. 2016. HOT PRESS FORGING AS THE DIRECT RECYCLING TECHNIQUE OF ALUMINIUM – A REVIEW. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11, 2258-2265.


11. El Mehtedi, M., Buonadonna, P., Carta, M., El Mohtadi, R., Mele, A. and Morea, D. 2023. Sustainability Study of a New Solid-State Aluminum Chips Recycling Process: A Life Cycle Assessment Approach. Sustainability, 15(14), 11434.


12. PANDEY, A. K., PRAJAPATI, N., NAYAK, K. C. and DATE, P. P. 2019. Sustainable manufacturing process for recycling of aluminum alloy waste into direct product by high-pressure torsion process. Materials Today: Proceedings, 18, 3099–3108.


13. Jiang, A., Wang, F., Xia, D., Li, M., Qiang, L., Zhu, Z., Wang, P., Fan, R., Lin, K. and Yang, Y. 2019. Aluminum nanoparticles manufactured using a ball-milling method with ammonium chloride as a grinding aid: achieving energy release at low temperature. New Journal of Chemistry, 43(4), 1851-1856.


14. GORRASI, G. and SORRENTINO, A. 2015. Mechanical milling as a technology to produce structural and functional bio-nanocomposites. The Royal Society of Chemistry, 1-16.


15. El-Eskandarany, M. S., Al-Hazza, A., Al-Hajji, L. A., Ali, N., Al-Duweesh, A. A., Banyan, M. and Al-Ajmi, F. 2021. Mechanical milling: a superior nanotechnological tool for fabrication of nanocrystalline and nanocomposite materials. Nanomaterials, 11(10), 2484.


16. YADAV, T. P., YADAV, R. M. and SINGH, D. P. 2012. Mechanical Milling: a Top Down Approach for the Synthesis of Nanomaterials and Nanocomposites. Nanoscience and Nanotechnology, 22-48.


17. Shuai, C., He, C., Peng, S., Qi, F., Wang, G., Min, A., Yang, W. and Wang, W. 2021. Mechanical alloying of immiscible metallic systems: process, microstructure, and mechanism. Advanced Engineering Materials, 23(4), 2001098.


18. ALSAFFAR, K. A. and BDEIR, L. M. H. 2008. Recycling of Aluminum Beverage Cans. Journal of Engineering and Development, 12, 157-163.


19. Zolotorevskiy, V., Pozdniakov, A.V. and Khvan, A.V. 2011. Thermodynamic calculations of the effective solidification range and its relation to hot cracking of aluminum-based ternary alloys. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 52(1), 50-55.


20. von Hehl, A. and Krug, P. 2013. Aluminum and aluminum alloys. Structural materials and processes in transportation, pp.49-112.


21. Carrasco, C., Inzunza, G., Camurri, C., Rodríguez, C., Radovic, L., Soldera, F. and Suarez, S., 2014. Optimization of mechanical properties of Al-metal matrix composite produced by direct fusion of beverage cans. Materials Science and Engineering: A, 617, 146-155.


22. Liu, C. X., Qi, G. and Li, P. 2022. Crashworthy characteristics of sustainable thin-walled tubes: A study on recycled beverage cans. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 29(22), 3222-3236.