بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت هایAl-Al2O3تولید شده به روش پلاسمای جرقه ای(SPS)

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

داود خادمی ¹ , ابوالفضل باباخانی ²

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد، آزمایشگاه مرکزی دانشگاه فردوسی مشهد
2 - دانشیار، گروه مواد و متالورژی، دانشگاه فردوسی مشهد

تاريخ الإرسال : 14 السبت , جمادى الأولى, 1438 تاريخ التأكيد : 14 السبت , جمادى الأولى, 1438 تاريخ الإصدار : 22 الجمعة , ربيع الثاني, 1438

الکلمات المفتاحية: استحکام فشاری, Al2O3, کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی, پلاسمای جرقه‌ای,

ملخص المقالة :

در پژوهش حاضر، کامپوزیت Al- Al₂O₃ به روش SPS که یکی از روش‌های نوین تف جوشی پودرهای فلزی است، تولید شد. ریز ساختار نمونه‌های تولید شده با استفاده از میکروسکوپ نوری بررسی شد و تشخیص عناصر و ترکیبات حاضر در ساختار کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به سیستم EDS صورت گرفت. هم‌چنین به منظور بررسی اثر مقادیر Al₂O₃، آزمون‌های استحکام فشاری، سختی و  بررسی دانسیته نسبی بر روی نمونه‌های حاوی (15-0) درصد وزنی Al₂O₃ انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش درصد Al₂O₃ سختی برینل نمونه‌ها تا حدود95% افزایش یافته است. در نمونه با 5 درصد وزنیAl₂O₃ استحکام نسبت به نمونه آلومینیوم خالص حدود 40 درصد افزایش پیدا کرده است و توزیع یکنواخت ذرات Al₂O₃ در زمینه Al مشاهده می‌شود؛ اما با افزایش درصد وزنی ذرات Al₂O₃ در نمونه‌های حاوی 10و15 درصد، کاهش استحکام دیده می‌شود که دلیل آن، با توجه به بررسی‌های ریزساختاری وکاهش دانسیته نسبی از98/0 به حدود88/0، مربوط به عدم فشرده شدن مناسب و ایجاد تخلخل در این نمونه‌ها است. 

المصادر:

1-Z. R. Hesabi, A. Simchi, S. S. Reihani. "Structural evolution during mechanical milling of nanometric and micrometric Al 2 O 3 reinforced Al matrix composites". Materials Science and Engineering: A. 2006;428(1):159-68.

2-J. Han. Processing Microstructure Evolution and Properties of Nanoscale Aluminum Alloys: University of Cincinnati; 2005.        

3-         M. Hossein-Zadeh, O. Mirzaee, P. Saidi. "Structural and mechanical characterization of Al-based composite reinforced with heat treated Al 2 O 3 particles". Materials & Design. 2014;54:245-50.

4-م. باغچه سرا, ح. عبدی زاده, ح. بهاروندی. "بررسی ریز ساختار کامپوزیت‌های زمینه آلومینیوم با فاز تقویت کننده نانو منیزیا تولید شده به روش اختلاط مستقیم". فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین. 2015;5(18):117-28.           

5-K. Edalati, M. Ashida, Z. Horita, T. Matsui, H. Kato. "Wear resistance and tribological features of pure aluminum and Al–Al 2 O 3 composites consolidated by high-pressure torsion". Wear. 2014;310(1):83-9.      

6-G. Zhao, Z. Shi, N. Ta, G. Ji, R. Zhang. "Effect of the heating rate on the microstructure of in situ Al 2 O 3 particle-reinforced Al matrix composites prepared via displacement reactions in an Al/CuO system". Materials & Design. 2015;66:492-7.          

7-M. Rahimian, N. Ehsani, N. Parvin, H. reza Baharvandi. "The effect of particle size, sintering temperature and sintering time on the properties of Al–Al 2 O 3 composites, made by powder metallurgy". Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(14):5387-93.

8-G. Iacob, V. G. Ghica, M. Buzatu, T. Buzatu, M. I. Petrescu. "Studies on wear rate and micro-hardness of the Al/Al 2 O 3/Gr hybrid composites produced via powder metallurgy". Composites Part B: Engineering. 2015;69:603-11.

9-Z. Munir, U. Anselmi-Tamburini, M. Ohyanagi. "The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: a review of the spark plasma sintering method". Journal of Materials Science. 2006;41(3):763-77.    

10-J. Liu, Y. Wang, F. Yang, K. Chen, L. An. "Grain refining in spark plasma sintering Al 2 O 3 ceramics". Journal of Alloys and Compounds. 2015;622:596-600.        

11-J. Monnier, Y. Champion, L. Perrière, B. Villeroy, C. Godart. "Spark plasma sintering and hydrogen pre-annealing of copper nanopowder". Materials Science and Engineering: A. 2015;621:61-7. 

12-D. Perera, M. Tokita, S. Moricca. "Comparative study of fabrication of Si 3 N 4/SiC composites by spark plasma sintering and hot isostatic pressing". Journal of the European Ceramic Society. 1998;18(4):401-4.

13-       S.-X. Song, Z. Wang, G.-P. Shi. "Heating mechanism of spark plasma sintering". Ceramics International. 2013;39(2):1393-6.

14-E. A. Olevsky, S. Kandukuri, L. Froyen. "Consolidation enhancement in spark-plasma sintering: Impact of high heating rates". Journal of Applied Physics. 2007;102(11):114913.

15-S. Diouf, A. Molinari. "Densification mechanisms in spark plasma sintering: effect of particle size and pressure". Powder technology. 2012;221:220-7.

16-H. Kwon, M. Leparoux, A. Kawasaki. "Functionally Graded Dual-nanoparticulate-reinforced Aluminium Matrix Bulk Materials Fabricated by Spark Plasma Sintering". Journal of Materials Science & Technology. 2014;30(8):736-42.

17-A. Ebrahimnejad, S. A. Sajjadi. "Damage mechanisms in aluminum-matrix composites reinforced with nano-alumina particles". International Journal of Materials Research. 2015;106(10):1107-10.

18-M. Rahimian, N. Parvin, N. Ehsani. "Investigation of particle size and amount of alumina on microstructure and mechanical properties of Al matrix composite made by powder metallurgy". Materials Science and Engineering: A. 2010;527(4):1031-8.  

19-M. Rahimian, N. Parvin, N. Ehsani. "The effect of production parameters on microstructure and wear resistance of powder metallurgy Al–Al 2 O 3 composite". Materials & Design. 2011;32(2):1031-8.