ارزیابی ساختاری و عملکرد خوردگی کامپوزیت لایه ای Al/18Cu تقویت شده با MoS2 وWC در محیط دریایی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

عباس کریمی ¹ , مرتضی علیزاده ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، گروه خوردگی و حفاظت از مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران
2 - دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز ، شیراز، ایران

تاريخ الإرسال : 10 الثلاثاء , محرم, 1446 تاريخ التأكيد : 14 الأحد , صفر, 1446 تاريخ الإصدار : 09 الأحد , رجب, 1445

الکلمات المفتاحية: اتصال نوردی تجمعی, خواص خوردگی, کامپوزیت, آلومینیوم 1050, کاربید تنگستن,

ملخص المقالة :

مقدمه: کامپوزیت‌های زمینه فلزی (MMC) به دلیل ویژگی‌هایی مانند مقاومت به خوردگی مناسب، مدول الاستیسیته برتر، نسبت استحکام به وزن بالا و پایداری حرارتی، در صنعت اهمیت زیادی دارند. در بین MMCها، کامپوزیت‌های زمینه فلزی هیبریدی (HMMC) با استفاده از دو یا چند تقویت‌کننده، ترکیبی از خواص مطلوب را ارائه می‌دهند.

 

روش: در این پژوهش برای ساخت نمونه‌های کامپوزیتی، ابتدا سطح ورق‌های آلومینیوم و مس شستشو با استون و برس‌کاری شدند. پودرهای WC و MoS₂ برای از بین بردن رطوبت در دمای ۱۲0 درجه سانتی‌گراد حرارت داده شدند. چهار ورق آلومینیوم و یک ورق مس روی هم قرار داده شده در حالی که پودرهای WC و MoS₂ روی آن‌ها پاشیده شد. سپس این ورق‌ها به صورت ساندویچی شامل چهار لایه آلومینیوم، یک لایه مس و چهار لایه WC-MoS₂  چیده شده و با دستگاه نورد ۳۰ تنی با کاهش سطح مقطع ۶۵ درصد در دمای اتاق و بدون روان‌کننده نورد داده شد. بعد از نورد اولیه، ساندویچ به سه قسمت مساوی برش داده شد و پس از تمیز کردن و آماده‌سازی سطح، مجددا به صورت ساندویچ جدید چیده و با کاهش سطح مقطع ۶۰ درصد نورد شد. این فرآیند تا هفت چرخه طبق مطالعات پیشین بر روی نمونه‌های ساخته شده اجرا شد.

 

یافته­ ها: در این تحقیق، کامپوزیت هیبریدی Al/Cu/WC/MoS₂ با استفاده از فرآیند اتصال نوردی تجمعی (ARB)  در هفت چرخه ساخته شد. بررسی ساختاری با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس  (XRD)  نشان داد که هیچ فاز جدیدی تشکیل نشده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ساختار چندلایه مطلوب را تأیید کردند. فرآیند ARB منجر به توزیع مناسب فلز مس و ذرات WC-MoS₂ در زمینه آلومینیوم شد. در مرحله نهایی ARB، فلز مس به صورت جزیره‌ای در زمینه آلومینیوم توزیع شد. آزمون‌های خوردگی نشان دادند که با افزایش تعداد چرخه‌های  ARBمقاومت به خوردگی بهبود یافت. چگالی جریان خوردگی در کامپوزیت هیبریدی تولید شده با هفت چرخه، به دلیل کمترین تخلخل و توزیع همگن ذرات MoS₂  و WC، پایین‌تر از سایر چرخه‌ها بود که نشان‌دهنده بالاترین مقاومت در برابر خوردگی است.

نتیجه­ گیری: فرآیند  ARB به حفظ ساختار چندلایه مطلوب و توزیع مناسب ذرات WC-MoS₂ بین لایه‌های آلومینیوم و مس کمک می‌کند. چگالی جریان خوردگی با افزایش تعداد چرخه‌های  ARB  به دلیل توزیع یکنواخت ذرات تقویت‌کننده و تشکیل لایه پسیو توسط آلومینیوم کاهش می‌یابد.

المصادر:

1. Alizadeh, M. and M.K. Dashtestaninejad, Development of Cu-matrix, Al/Mn-reinforced, multilayered composites by accumulative roll bonding (ARB). Journal of Alloys and Compounds, 2018. 732: p. 674-682.
2. Tsuji, N., Bulk nanostructured metals and alloys produced by accumulative roll-bonding, in Nanostructured Metals and Alloys. 2011, Elsevier. p. 40-58.
3. Tsuji, N., et al., ARB (Accumulative Roll‐Bonding) and other new techniques to produce bulk ultrafine grained materials. Advanced Engineering Materials, 2003. 5(5): p. 338-344.
4. Alizadeh, M., Comparison of nanostructured Al/B4C composite produced by ARB and Al/B4C composite produced by RRB process. Materials Science and Engineering: A, 2010. 528(2): p. 578-582.
5. Eizadjou, M., et al., Investigation of structure and mechanical properties of multi-layered Al/Cu composite produced by accumulative roll bonding (ARB) process. Composites Science and Technology, 2008. 68(9): p. 2003-2009.
6. Kumar, A., et al., Fabrication methods of metal matrix composites (MMCs). Materials Today: Proceedings, 2021. 46: p. 6840-6846.
7. Eizadjou, M., et al., Pitting corrosion susceptibility of ultrafine grains commercially pure aluminium produced by accumulative roll bonding process. Corrosion Engineering, Science and Technology, 2012. 47(1): p. 19-24.
8. Naeini, M.F., M.H. Shariat, and M. Eizadjou, On the chloride-induced pitting of ultra fine grains 5052 aluminum alloy produced by accumulative roll bonding process. Journal of Alloys and Compounds, 2011. 509(14): p. 4696-4700.
9. Korchef, A. and A. Kahoul, Corrosion behavior of commercial aluminum alloy processed by equal channel angular pressing. International Journal of Corrosion, 2013. 2013(1): p. 983261.
10. Akiyama, E., et al., Effects of severe plastic deformation on the corrosion behavior of aluminum alloys. Journal of Solid State Electrochemistry, 2009. 13: p. 277-282.
11. Jamaati, R. and M.R. Toroghinejad, Manufacturing of high-strength aluminum/alumina composite by accumulative roll bonding. Materials Science and Engineering: A, 2010. 527(16-17): p. 4146-4151.
12. Jamaati, R., et al., Investigation of nanostructured Al/Al2O3 composite produced by accumulative roll bonding process. Materials & Design, 2012. 35: p. 37-42.
13. Naseri, M., A. Hassani, and M. Tajally, An alternative method for manufacturing Al/B4C/SiC hybrid composite strips by cross accumulative roll bonding (CARB) process. Ceramics International, 2015. 41(10): p. 13461-13469.
14. Shamanian, M., et al., Fabrication and characterization of Al–Al2O3–ZrC composite produced by accumulative roll bonding (ARB) process. Journal of alloys and compounds, 2015. 618: p. 19-26.
15. Ahmadi, A., M.R. Toroghinejad, and A. Najafizadeh, Evaluation of microstructure and mechanical properties of Al/Al2O3/SiC hybrid composite fabricated by accumulative roll bonding process. Materials & Design, 2014. 53: p. 13-19.
16. Alizadeh, M. and M. Samiei, Fabrication of nanostructured Al/Cu/Mn metallic multilayer composites by accumulative roll bonding process and investigation of their mechanical properties. Materials & Design (1980-2015), 2014. 56: p. 680-684.
17. Rezayat, M., A. Akbarzadeh, and A. Owhadi, Production of high strength Al–Al2O3 composite by accumulative roll bonding. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2012. 43(2): p. 261-267.
18. Karimi, M. and M.R. Toroghinejad, An alternative method for manufacturing high-strength CP Ti–SiC composites by accumulative roll bonding process. Materials & Design, 2014. 59: p. 494-501.
19. Jamaati, R., M. Naseri, and M.R. Toroghinejad, Wear behavior of nanostructured Al/Al2O3 composite fabricated via accumulative roll bonding (ARB) process. Materials & Design, 2014. 59: p. 540-549.
20. Liu, C., et al., Fabrication of Al/Al3Mg2 composite by vacuum annealing and accumulative roll-bonding process. Materials Science and Engineering: A, 2012. 558: p. 510-516.
21. Reihanian, M. and M. Naseri, An analytical approach for necking and fracture of hard layer during accumulative roll bonding (ARB) of metallic multilayer. Materials & Design, 2016. 89: p. 1213-1222.
22. Liu, C., et al., Microstructures and mechanical properties of Al/Zn composites prepared by accumulative roll bonding and heat treatment. Materials Science and Engineering: A, 2013. 580: p. 36-40.
23. Liu, C., et al., Evaluation of mechanical properties of 1060-Al reinforced with WC particles via warm accumulative roll bonding process. Materials & Design, 2013. 43: p. 367-372.
24. Liu, C., et al., Effect of W particles on the properties of accumulatively roll-bonded Al/W composites. Materials Science and Engineering: A, 2012. 547: p. 120-124.
25. Jamaati, R., et al., Effect of particle size on microstructure and mechanical properties of composites produced by ARB process. Materials Science and Engineering: A, 2011. 528(4-5): p. 2143-2148.
26. Kadkhodaee, M., et al., Evaluation of corrosion properties of Al/nanosilica nanocomposite sheets produced by accumulative roll bonding (ARB) process. Journal of Alloys and Compounds, 2013. 576: p. 66-71.
27. Darmiani, E., et al., Corrosion investigation of Al–SiC nano-composite fabricated by accumulative roll bonding (ARB) process. Journal of Alloys and Compounds, 2013. 552: p. 31-39.
28. Fattah-Alhosseini A, Naseri M, Alemi MH. Corrosion behavior assessment of finely dispersed and highly uniform Al/B4C/SiC hybrid composite fabricated via accumulative roll bonding process. Journal of Manufacturing Processes. 2016 Apr 1;22:120-6.
29. Malmir N, Alizadeh M, Pashangeh S, Moghaddam AO. Structural characteristics and corrosion properties of Cu/Sn–Pb composite produced by accumulative roll bonding process. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2024 Jun 7;24(3):170.
30. Esmaeil Zadeh M, Ghalandari L, Sani R, Jafari E. Microstructural Evaluation, Mechanical Properties, and Corrosion Behavior of the Al/Cu/Brass Multilayered Composite Produced by the ARB Process. Metals and Materials International. 2024 Apr;30(4):1123-44.
31- احمدساعتچی و همکاران, استفاده از روشي نوين جهت بررسي خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيوم ،2024 7075 و 6061 در محيطهاي شبه اتمسفر دريايي,مجله مواد نوین,جلد4,شماره1.