بررسی ریزساختار و رفتار مکانیکی کامپوزیت سطحی Al/SiC/CNT تولید شده به روش فراوری اصطکاکی اغتشاشی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مواد، دانشگاه مالک اشتر، تهران

2 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران

چکیده

فراوری اصطکاکی اغتشاشی (FSP) می‌تواند خواص سطحی مانند مقاومت به سایش، سختی، استحکام و شکل‌پذیری را بدون تاثیر بر خواص حجمی مواد بهبود بخشد. در این پژوهش، کامپوزیت سطحی با استفاده از ذرات کاربید سیلیسیم (SiC) با اندازه میکرو و نانو و نانولوله‌ کربن (CNT) بر زیر لایه آلومینیوم 6061 به‌وسیله FSP ایجاد شد. بدین منظور از سرعت چرخش ابزار rpm 1000 و سرعت حرکت mm/min 35 و زاویه ابزار 3 درجه نسبت به محور عمود استفاده شد. ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش نمونه‌های کامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد اندازه دانه‌های نمونه حاوی نانوذرات SiC ریزتر و توزیع یکنواخت‌تری در مقایسه با نمونه FSP شده بدون تقویت‌کننده دارد. نتایج آزمون سختی نشان داد انجام عملیات FSP و افزودن ذرات تقویت‌کننده باعث افزایش سختی نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده شد. همچنین، بیشترین میزان سختی مربوط به نمونه حاوی نانوذرات SiC بود که نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده 185 درصد بهبود نشان داد. همچنین انجام عملیات FSP بدون افزودن ذرات تقویت‌کننده افزایش 43 درصدی سختی نسبت به نمونه بدون عملیات را به دنبال داشت. نتایج حاصل از آزمون سایش بهبود کاهش وزن بعد از عملیات FPS و افزودن تقویت‌کننده را نشان داد. بیشترین مقاومت به سایش و کمترین ضریب اصطکاک برای نمونه حاوی نانوذرات SiC و CNT بود که نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده 81 درصد کاهش وزن کم‌تری داشت.

کلیدواژه‌ها


[1]  Hosseini Abbandanak SN, Abdollahi Azghan M, Zamani A, Fallahnejad M, Eslami-Farsani R, Siadati H (2020) Effect of graphene on the interfacial and mechanical properties of hybrid glass/Kevlar fiber metal laminates. J Ind Text.
[2]  Aberkane SM, Bendib A, Yahiaoui K (2014) Correlation between Fe–V–C alloys surface hardness and plasma temperature via LIBS technique. Appl Surf Sci 301: 225-229.
[3] Alizadeh A, Abdollahi Azghan M (2021) Investigation on the microstructure and tensile properties of Al5083-TiB2 nanocomposites produced by stir casting method. Journal of Advanced Materials and Technologies 10(2): 45-57. (In Persian)
[4] Şahın S, Yüksel N, Durmu H, Gençalp S (2014) Wear behavior of Al/SiC/Graphite and Al/FeB/Graphite hybrid composites. Adv Mat Res 48(5): 639-646.
[5]  Wang XH, Song S, Zou Z, Qu S (2006) Fabricating TiC particles reinforced Fe-based composite coatings produced by GTAW multi-layers melting process. Mat Sci Eng A-Struct 441(1-2): 60-67.
[6] Gui M, Kang SB (2001) Aluminum hybrid composite coatings containing SiC and graphite particles by plasma spraying. Mater Lett 51(5): 396-401.
[7]  Bauri R, Yadav D, Suhas G (2001) Effect of friction stir processing (FSP) on microstructure and properties of Al–TiC in situ composite. Mat Sci Eng A-Struct 528(13-14): 4732-4739.8.         
[8] Barmouz M, Asadi P, Besharati Givi M, Taherishargh M (2011) Investigation of mechanical properties of Cu/SiC composite fabricated by FSP: Effect of SiC particles size and volume fraction.  Mat Sci Eng A-Struct 528(3): 1740-1749.
[9] Vahdati M, Moradi M (2019) Statistical analysis of parameters affecting the mechanical properties of surface composite Al7075/Al2O3 produced by friction stir processing using response surface methodology. Journal of Solid and Fluid Mechanics 9(3): 81-94. (In Persian)
[10] Ma Z, Sharma S, Mishra R (2006) Effect of friction stir processing on the microstructure of cast A356 aluminum. Mat Sci Eng A-Struct 433(1-2): 1740-1749.
[11] Sarkari Khorrami M, Kazeminezhad M, Kokabi A.H (2016) The Effect of SiC nanoparticles and liquid nitrogen medium on microstructure evolutions of severely deformed Al during friction stir processing. Journal of Advanced Materials and Technologies 5(4): 1-9. (In Persian)
[12] Ahmadifard S, Roknian M, Khodaee F, Heidarpour A (2018) Fabrication and investigation of microstructutr and mechanical properties of A356-TiO2-Gr surface hybrid nanocomposite by friction stir processing. Compos Sci Technol 5(1): 61-68. (In Persian)
[13] Ahmadi Fard S, Kazemi S, Heidarpour A (2016) Fabrication of Al5083/TiO2 surface composite by friction stir processing and investigation of microstructural, mechanical and wear properties. Modares Mechanical Engineering 15(12): 61-68. (In Persian)
[14] Mazaheri Y, Karimzadeh F, Enayati M (2011) A novel technique for development of A356/Al2O3 surface nanocomposite by friction stir processing. J Mater Process 211(10): 1614-1619.
[15] Alidokht S, Abdollah-zadeh A, Soleymani S, Assadi H (2011) Microstructure and tribological performance of an aluminium alloy based hybrid composite produced by friction stir processing. Mater Des 32(5): 2727-2733.
[16] Gowri SM,  Achutha KU, Sharma SS,  Prabhu PR (2015) Influence of aging temperature and aging time on the mechanical property and microstructure during precipitation hardening of Al 6061 alloy. Int J Appl Eng Res 10(78): 25-31.
[17] Christy T, Murugan N, Kumar S (2010) A comparative study on the microstructures and mechanical properties of Al 6061 alloy and the MMC Al 6061/TiB2/12p. Mater Charact 9(1): 57-65.
[18] Website of the manufacturer of nanoparticles (US-Research Nanomaterials) (https://us-nano.com)
[19] Website of the life science technologies and specialty chemicals (Sigma-Aldrich) (https://sigmaaldrich.com)
[20] ASTM E92-17 (2017) Standard test methods for Vickers hardness and Knoop hardness of metallic materials. ASTM International, West Conshohocken (PA).
[21] ASTM G99-95a (2000) Standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA.
[22] Ma Z, Pilchak A, Juhas M, Williams J (2008) Microstructural refinement and property enhancement of cast light alloys via friction stir processing. Scr Mater 58(5): 361-366.
[23] Fujii H, Cui L, Tsuji N, Maeda M, Nakata K, Nogi K (2006) Friction stir welding of carbon steels. Mat Sci Eng A-Struct 429(1-2): 50-57.
[24] Stoloff N (1989) Physical and mechanical metallurgy of Ni3Al and its alloys. Int Mater Rev 34(1): 153-184.
[25] Venkataraman B, Sundararajan G (2000) Correlation between the characteristics of the mechanically mixed layer and wear behaviour of aluminium, Al-7075 alloy and Al-MMCs. Wear 245(1-2): 22-38.