توسعه نانوکامپوزيت بر پايه ترکيبات بين فلزي Al-Cu بر سطح آلياژ آلومينيوم 7075 با استفاده از فرايند اصطکاکي اغتشاشي و ارزيابي خواص آن

STUDENT

DEGREE

YEAR

Aluminium alloy AA7075 (Al–Zn–Mg–Cu) is one of the precipitate hardened aluminium alloys used in aircraft industrie due to its high strength to weight ratio, together with low density. Despite of its good properties, this alloy exhibits weakwearehavior when it undergo wear application. Therefore, large number of attempts has taking place to increase its friction resistance. In present study, surface nano composite of Al/Al 2 Cu and Al/Al2Cu-Al2O3 was produced via friction stir processing on the surface of aluminum alloy 7075. Therefore, this alloy was processed 1, 3 and 5 passes using speed of 1000 rpm and 20 mm/min. result showed that friction stir processing of base metal resulted fine and equaxed grains. But hardness and wear resistance of base metal was decreased due to dissolution and reprecipitation of MgZn 2 particles. 1, 3 and 5 passes were conducted to produce surface nano composite with Cu and CuO strengthening particles. XRD and EDS were used to determine the phases. Also, microstructural observation were conducted via optical and scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the Al 2 Cu intermetallics Al 2 O 3 phase have been produced due to in situ reaction of matrix and strengthening particles and samples which were made by 5 passes showed increase of hardness and wear resistance in comparison with base metal. However, as result of dissolution and growth of precipitates, there is no significant change of hardness and wear resistance of composited samples. Consequently, composited samples had undergone T6 treatment in order to produce precipitates. Hardness and dry sliding wear test Observations revealed that T6 treatment improved the composited samples surface properties. Furthermore, to evaluate high temperature surface properties, pin and disk wear test were done in 300 0 C. considering the superior thermal stability of intermetalics in comparison with MgZn 2 precipitates, all samples showed improvement in wear behavior compared to base metal. 5 passes samples illustrated the best wear resistance behavior due to their more intermetallic content. Keywords Aluminum Alloy 7075, Friction Stir Processing, Intermetalics, Wear behavior, Hardness.

چکيده آلياژ آلومينيوم 7075 از جمله آلياژ هاي رسوب سخت شونده است که با توجه به چگالي کم و نسبت استحکام به وزن بالا کاربرد گسترده اي در صنايع هوافضا دارد. علي رغم ويژگي هاي مطلوبي که اين آلياژ دارد زماني که در کاربرد هاي تحت سايش قرار مي گيرد رفتار سايشي ضعيفي را از خود نشان مي دهد، از اين رو تلاش هاي گسترده اي به منظور افزايش مقاومت سايشي آن صورت گرفته است. در اين تحقيق نيز سعي شد تا با انجام فرايند اصطکاکي اغتشاشي نانو کامپوزيت سطحي Al/Al 2 Cu و Al/Al 2 Cu-Al 2 O 3 بصورت درجا بر سطح آلياژ 7075 ايجاد شود. بدين منظور ابتدا آلياژ در يک، سه و پنج پاس و با سرعت چرخشي 1000 دور بر دقيقه و سرعت پيشروي 20 ميلي متر بر دقيقه تحت فرايند قرار گرفت. نتايج نشان داد انجام فرايند اصطکاکي اغتشاشي بر روي نمونه خام، موجب وقوع پديده تبلور مجدد ديناميکي و در نتيجه ريز و هم محور شدن دانه ها مي شود. ليکن به دليل انحلال و رشد رسوبات MgZn 2 ، در مجموع سختي و به دنبال آن مقاومت سايشي کاهش يافته است. براي توليد نانو کامپوزيت سطحي با ذرات تقويت کننده Cu و CuO فرايند در يک، سه و پنج پاس انجام شد. جهت تعيين فازهاي توليد شده از پراش پرتو ايکس (XRD) و طيف سنج اشعه ايکس (EDS) استفاده شد و بررسي ريزساختاري نيز به کمک متالوگرافي و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) انجام شد. نتايج نشان داد با افزايش تعداد پاس هاي فرايند ترکيبات بين فلزي Al 2 Cu و فاز سراميکي Al 2 O 3 در نتيجه واکنش درجا بين زمينه و ذرات تقويت کننده در کامپوزيت هاي توليدي تشکيل شدندو نمونه هاي پنج پاسه در مقايسه با آلياژ پايه، افزايش سختي و بهبود رفتار سايشي را نشان دادند. اما به دليل انحلال و رشد رسوبات در نتيجه ي افزايش دما، تفاوت چنداني مشاهده نشد. از همين رو نمونه هاي کامپوزيتي تحت عمليات T6 قرار گرفتند تا بتوان رسوبات را در آن ايجاد کرد. نتايج حاصل از سختي و سايش رفت و برگشتي در دماي محيط، بهبود خواص را در مقايسه با کامپوزيت هاي عمليات حرارتي نشده نشان داد. همچنين به منظور بررسي خواص سطحي در دماي بالا، تست سايش دماي بالا در دماي 300 درجه سانتيگراد به روش پين بر روي ديسک انجام شد. با توجه به پايداري حرارتي ترکيبات بين فلزي نسبت به رسوبات MgZn 2 ، همه نمونه ها بهبود رفتار سايشي را نسبت به آلياژ پايه نشان دادند. در اين بين نمونه هاي کامپوزيتي پنج پاسه بواسطه داشتن ترکيبات بين فلزي بيشتر رفتار سايشي بهتري را نيز از خود نشان دادند. کلمات کليدي آلياژ آلومينيوم 7075، فرايند اصطکاکي اغتشاشي، ترکيبات بين فلزي، رفتار سايشي، سختي .