مقایسه خواص سایشی کامپوزیت آلومینیم-گرافیت همگن‏شده در مایع و تولید‏شده با روش پرس‏سرد-تف‏جوشی در کوره خلأ و بدست آوردن درصد بهینه

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

حسین پاکدل نوقابی ¹ (دانشآموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد)
ابوالفضل باباخانی ² (دانشیار ، مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد)
سید عبدالکریم سجادی ³ (استاد ، مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد)

تاریخ دریافت : 1395/11/23 تاریخ پذیرش : 1395/11/23 تاریخ انتشار : 1395/11/01

کلید واژه: سختی, کامپوزیتAl/Gr, همگن سازی در مایع, پرس سرد, خواص سایشی,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، اختلاط پودرهای آلومینیم خالص و گرافیت برای تولید کامپوزیت‌های پایه آلومینیم تقویت شده با ذرات پودر گرافیت، از روشی جدید به نام همگن سازی در مایع استفاده شد. میزان گرافیت در این پژوهش از صفر تا 5/4 درصد وزنی درنظر گرفته شد. ابتدا پودر گرافیت در استون ریخته و آلتراسونیک گردید و نیز پودر آلومینیم به محلول اضافه و آلتراسونیک ادامه پیدا کرد. سپس مخلوط حاصل فیلتر و در دما و زمان مناسب در اتمسفر خلأ خشک گردید. هم‌چنین از پودر‌های خشک شده حاصل به روش پرس سرد - تف جوشی در کوره خلأ تحت دما و زمان مناسب نمونه‌های کامپوزیتی تولید شد. به منظور بررسی ریزساختار، نمونه‌های حاصل به وسیله میکروسکوپ نوری و SEM بررسی و تحلیل شدند. هم‌چنین به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه‌ها تحت آزمون‌های سختی سنجی (برینل) و سایش قرار گرفتند. باتوجه به نتایج و مشاهدات، توزیع ذرات گرافیت در زمینه‌ی آلومینیم در این روش نسبت به روش‌های دیگر بهبود چشمگیری را نشان داد که همین امر سبب بهبود خواص مکانیکی شده است. هم‌چنین، افزودن گرافیت تا 5/2 درصد وزنی به طور بسیار یکنواخت در زمینه و بدون کلوخه شدن رخ داد. درحالی که درصد بهینه توزیع گرافیت برای این کامپوزیت با سایر روش‌های اختلاط حداکثر یک درصد بوده است. در این روش اختلاط، با افزودن گرافیت تا درصد بهینه، سختی و مقاومت به سایش افزایش یافت. با توجه به نتایج آزمون سایش، میزان مقاومت به سایش به دست آمده از این روش اختلاط، نسبت به سایر روش‌های تولید این کامپوزیت افزایش داشت.

چکیده انگلیسی:

To produce aluminum-matrix composite reinforced with graphite particles, mixing of pure aluminum and graphite powders by a new method, called homogenization in liquid phase, was used. The graphite content was chosen from zero to 4.5wt.% in this study. Composite samples were produced using the mixed powder by way cold-press sintering under different pressure, temperature and time. The specimen microstructures were investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). To evaluate the mechanical properties of samples, hardness and wear tests were performed. According to the results, homogenization in liquid phase method caused significant improvement in distribution of graphite particles in the matrix and the addition of 2.5wt.% graphite in the matrix. Improved mechanical properties to great extent.

منابع و مأخذ:

1- J. F. Lin, M. G. Shih, Y. W. Chen, "The tribological performance of 6061 aluminium materials in oil lubricants with EP additives", Wear, Vol. 198, pp. 58-70, 1996.        

2- P. K. Rohatgi, Y. Liu, M. Yin, Ti. Barr, "A surface-analytical study of tribodeforned aluminum alloy319-%10Vol graphite particle composite", Mater. Sci. and Eng., Vol. A123, pp. 213-218, 1990.           

3-S. Basavara Jappa, G. Chandramohan, J. Paul Davim, "Application of Taguchi techniques to study dry sliding wear behavior of metal matrix composites" Materials and Design, Vol. 28, pp. 1393-1398, 2006.           

4-S. Das, S. V. Parasad, T. R. Ramachandran, "Tribology of Al-Si alloy - graphite composites: triboinduced graphite films and the role of silicon morphology", Mater. Sci. and Eng. A, Vol. 138, pp. 123-132, 1991.          

5-P. K. Rohatgi, Y. Liu, Ti. Barr, "Tribological behavior and surface analysis of tribodeformed Al alloy-50 pct graphite particle composites",

Metallurgical and Mater. Trans., Vol 22A, pp. 1435-1441, 1991.  

6-J. B. Yang, C. B. Lin, , T.C. Wang, H. Y. Chu, "The tribological characteristics of A356.2 Al alloy/Gr(p) composites", Wear, Vol. 257, pp. 941-952, 2004.   

7-I.A. Ibrahim, F. A. Mohamed, E. J. Lavernia, "Particulate reinforced metal matrix composites-a review", Journal of Materials Science, Vol. 26, pp. 1137-1156, 1991.          

8-H. Liu, , P. K. Rohatgi, "Tribological characteristics of aluminum-50 vol pct graphite composite", Metallurgical Trans. A22, pp. 151-159, 1993.       

9- U. T. S. Pillai, B. C. Pal, K. G. Satyanarayana, A. D. Damodaran, "Fracture behaviour of pressure die-cast aluminium-graphite composites", J. of mater. Sci., Vol. 30, pp. 1455-1461, 1995.

10-K. Parasad, S. Das, "The significance of the matrix microstructure on the solid lubrication characteristics of graphite in aluminium alloys", Mater. Sci. Eng., Vol. 144A, pp. 229-235, 1991.   

11-J. N. Wei, H. F. Cheng, Y. F. Zhang, F. S. Han, Z. C. Zhou, J. P. Shui, "Effects of macroscopic graphite particulates on the damping behavior of commercially pure aluminum", Mater. Sci.and Eng., Vol. 325A, pp. 444-453, 2002.    

12-A. K. Jha, S. V. Prasad, G. S. Upadhayaya, "Preparation and properties of 6061 aluminium alloy/graphite composites by PM route", Powder Metallurgy, Vol. 32, pp. 309-313, 1989.

13-S. Biswas, U. Srinivasa, S. Seshan, P. K. Rohatgi, "Cast aluminum-graphite composites for industrial applications", AFS Transactions, Vol. 88, pp. 159-166, 1980.

14-J. M. Torralba, A. E. Costa, F. Velasco, "PM aluminum matrix composites: an overview", J. of Mater. Processing Tech., Vol. 133, pp. 203-206, 2003.

15-F.H. Latief, El-Sayed M. Sherif, "Effects of sintering temperature and graphite addition on the mechanical properties of aluminum", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, pp.  2129–2134, 2012.         

16-M.I. Flores-Zamora, I. Estrada-Guel, J. Gonzalez-Hernandez, M. Miki-Yoshida, R. Martınez-Sanchez, "Aluminum–graphite composite produced by mechanical milling and hot extrusion", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 434-435, pp.  518–521, 2007.

 17-M. L. Ted Guo, C. Y. A. Tsao, "Tribological behavior of self-lubricating Aluminum/SiC/Graphite hybrid composites synthesized by the semi-solid powder densification method", Comp. Sci. and Tech., Vol. 60(1), pp. 65-74, 2000.

18-H. Chu, K. Liu, J. Yeh , "An insitu composite of A1 (graphite,Al4C3) produced by reciprocating extrusion", Mater. Sci. and Eng., Vol. A277, pp. 25-32, 2000. 

19-I. Estrada-Guel, C. Carreno-Gallardo, D.C. Mendoza-Ruiz, M. Miki-Yoshida, E. Rocha-Rangel, R. Martinez-Sanchez, "Graphite nanoparticle dispersion in 7075 aluminum alloy by means of mechanical alloying", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 483(1-2), pp. 173–177, 2009.          

20-C. B. Lin, R. J. Chang, W. P. Wang, "A study on process and tribological behavior of Al alloy /Gr(p) composite", Wear, Vol. 217, pp. 167-174, 1998.    

21- M. Gupta, S. C. Lim, W. B. Ng, "Processing, microstructure, and mechanical properties of (A1-Cu)/Cu composites synthesized using partial liquid phase casting process", Mater. Sci. and Tech., Vol. 13, pp. 584-589, 1997.

22- ر. تفریشی، ا. باباخانی، "بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینیم گرافیت تولید شده به روش متالورژی پودر"، سومین همایش مشترک مهندسان متالورژی ایران، 1388.     

23-Sh. Daneshvar, F. Khoramshahi, D. Khademi, H. Yavari Mehrabani, A. Babakhani, "Fabrication of Aluminum–Graphite Composites by SPS Method", The 3rd International Conference on Composites: Characterization, Fabrication and Application (CCFA-3)", Tehran, Iran, 2012.         

24- ع. یزدانی ،"تولید کامپوزیت های نانوساختار آلومینیوم -کاربید بور به روش اتصال تجمعی نورد "،نشریه مواد نوین ، دوره اول، شماره 3، ص. 23 -32، ﺑﻬﺎر 1390.