Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyedeh zahra Anvari
سيده زهرا انوري

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Development of Al-Al3V and Al-(Al3V-Al2O3) Nanocomposites for High Temperature Applications
The aim of this study was to produce bulk Al-10 wt.%Al 3 V And Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) nanocomposites and to investigate the high temperature properties of samples. The structural characteristic of powder particles and consolidated samples were studied by X-ray diffraction (XRD), scaning electron microscopy (SEM), differential thermal analysis (DTA), and transmission electron microscopy (TEM). Mechanical properties and wear behavior of extruded samples at room and high temperature was evaluated. In order to study the creep behavior of samples, creep tests were performed at 250-350°C. The results showed that MA of Al 75 V 25 powder mixture leads to formation of amorphous phase after 40 h. After heat treatment of mechanically alloyed powder at 600°C for 1h, Al 3 V was formed. Al 3 V -Al 2 O 3 reinforcements was produced through a mechanochemical reaction of Al and V 2 O 5 . In order to produce nanocomposite powders, Al 3 V and Al 3 V-Al 2 O 3 reinforcements powders were added to the pure Al powders and milled for 5h. The prepared nanocomposite powders were consolidated by hot extrusion. The average Al grains in the as milled powder was measured to be 40 nm which increased to 50 nm after hot extrusion. The result showed that Al-10 wt.%Al 3 V And Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) nanocomposites have tensile strength of 209 and 226 MPa, repectively. In addition, mechanical properties at high temperatures showed no drastical decrease up to 300°C. The creep test showed significant curvature in plots of the minimum creep rate vs stress, leading to high values for the apparent stress exponent and the apparent activation energy for creep. By introducing a threshold stress into the analysis, it was demonstrated that the true stress exponent, n, was close to 5 which suggests that the creep is controlled by a dislocation climb process. The results of wear test showed a lower wear rate for nanocomposies in contrast to the nanostructure pure Al. Dominate wear mechanism of nanocomposites was recognized to be formation of mechanically mixed layer (MML) on the worn surfaces. Comparison of wear behavior of the Al-10 wt.%Al 3 V and Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) samples showed that Al-10 wt.%Al 3 V sample at different temperatures and for different loads has less wear rate than the Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) sample. due to the weaker bond strength between Al 2 O 3 particles and aluminum matrix. Keywords: Aluminium matrix nanocomposite, Mechanical alloying, Hot extrusion, Creep, Wear.
چکيده در اين پژوهش کامپوزيت هاي نانوساختار زمينه آلومينيم حاوي تقويت کننده‌هاي Al 3 V و Al 3 V-Al 2 O 3 با کمک فرايند آلياژسازي مکانيکي، پرس سرد و اکستروژن گرم با موفقيت ساخته شد و ساختار ميکروسکوپي، پايداري حرارتي، خواص سايشي و خواص مکانيکي آن مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور ابتدا ذرات تقويت کننده Al 3 V به دو روش مستقيم از عناصر سازنده و به صورت غير مستقيم از احياء مکانوشيميايي اکسيد واناديم توسط آلومينيم با استفاده از فرايند آلياژسازي مکانيکي توليد شد. جهت تهيه پودر کامپوزيتي زمينه آلومينيمي مخلوط پودرآلومينوم و پودر ذرات تقويت‌کننده تحت فرايند آسياب‌کاري قرار گرفت. پودر کامپوزيت‌هاي حاصل از آلياژسازي مکانيکي، با استفاده از فرآيند پرس سرد متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسايي فازهاي موجود در پودر قطعات توليد شده از پراش پرتوي ايکس(XRD) استفاده شد. مرفولوژي و ريزساختار ذرات پودر و نمونه‌هاي اکسترود شده با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي بررسي شد. از ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) جهت مطالعه ريز ساختار نمونه‌ها استفاده شد. خواص مکانيکي و خواص سايشي قطعات توليد شده در دماي محيط و دماي بالا مطالعه شد. همچنين رفتار خزشي نمونه‌ها در محدوده دمايي 250 تا 350 درجه سانتي‌گراد مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمايشات نشان داد انجام آلياژسازي مکانيکي پودرهاي آلومينيم و واناديم منجر به توليد ساختار آمورف شد. در ادامه با انجام عمليات حرارتي فاز آمورف به فاز کريستالي Al 3 V استحاله يافت. سنتز تقويت‌کننده تري آلومينايد واناديم از طريق انجام واکنش مکانوشيميايي بين آلومينيم و اکسيد واناديم در حين آلياژسازي مکانيکي صورت پذيرفت. پس از تهيه آلومينايد تک فاز Al 3 V و مجموعه Al 3 V-Al 2 O 3 به عنوان محصولات مرحله اول و دوم، ذرات پودري مذکور به پودر آلومينيم خالص افزوده شد و پس از آسياب‌کاري به مدت زمان مناسب پودر نانوکامپوزيتي حاوي تک تقويت کننده (Al 3 V) و دو تقويت کننده (Al 3 V-Al 2 O 3 ) سنتز شد. سپس اين پودر جهت ساخت قطعات بالک تحت پرس سرد و سپس اکستروژن گرم قرار گرفت. انجام آزمايش کشش نشان داد که قطعات اکسترود شده نانوکامپوزيتAl-10wt.%Al 3 V و Al-10wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) داراي استحکام کششي به ترتيب 209 و 226 مگاپاسکال در دماي محيط مي‌باشند. خواص مکانيکي نانوکامپوزيت توليدي در دماي بالا تا دماي 300 درجه سانتي‌گراد کاهش قابل توجهي نداشت. حضور ذرات تقويت کننده با انتقال بار از زمينه به تقويت کننده باعث حفظ استحکام دماي بالاي کامپوزيت‌ها شد. در بررسي رفتار خزشي کامپوزيت‌هاي توليد شده مشاهده شد که توان تنش ظاهري که به شدت به دما و تنش وابسته است بزرگتر از 5 بدست آمد. همچنين انرژي فعال سازي ظاهري محاسبه شده بزرگتر از انرژي فعال سازي نفوذ خودي در آلومينيم بود. رفتار خزشي کامپوزيت ها همرا ه با تنش آستانه بود که با افزايش دما کاهش يافت. نتايج آزمون سايش نشان داد که لايه مخلوط شده مکانيکي تشکيل شده بر روي سطوح سايش نمونه‌هاي کامپوزيتي به دليل سختي بالا که ناشي ازحضور اکسيدهاي آهن وآلومينيم است باعث بهبود مقاومت سايشي نمونه‌هاي کامپوزيتي در مقايسه با نمونه آلومينيم خالص مي‌شود. بررسي سطوح سايش نمونه هاي کامپوزتي در دماي بالا نيز تشکيل لايه مخلوط شده مکانيکي را تاييد کرد. همچنين در مقايسه نرخ سايش نمونه‌هاي کامپوزيتي مشاهده شد که در دماهاي مختلف و در تمامي بارهاي اعمالي نرخ سايش نمونه حاوي ذرات تقويت کننده دوتايي (Al 3 V و Al 2 O 3 ) بيشتر از نمونه حاوي تک تقويت کننده (Al 3 V) است. کلمات کليدي: کامپوزيت هاي نانو ساختار، اکستروژن گرم، خزش، سايش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی