Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zohreh Sadeghian
زهره صادقیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1382

TITLE

Development of Al-TiB2 Nanostructured Composite using Mechanical Alloying, Spark Plasma Sintering and Hot Extrusion
Production of in situ Al-TiB 2 nanocomposite powder was studied by using mechanical alloying (MA) of pure Ti, B and Al powder mixture in a planetary ball mill. A double step process was proposed to prevent the formation of undesirable phases such as Al 3 Ti intermetallic compound. The prepared Al-TiB 2 powder was consolidated by spark plasma sintering () followed by hot extrusion with a pre heating temperature of 400 ?C. Two Al matrix composites containing 10 and 20 wt.% TiB 2 were studied to evaluate the effect of TiB 2 content on mechanical behavior. The structural characteristics of powder particles and consolidated samples were studied by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and conventional and high resolution transmission electron microscopy (TEM). Differential scanning calorimetery (DSC) was used to study the stability of powders at high temperatures. Hardness and tensile behavior of extruded samples was also evaluated. The results showed that the double step MA process leads to the in situ formation of TiB 2 particles in the Al matrix with a fine and uniform distribution. The resulting composite powder showed phase stability at high temperatures so that no undesirable phase such as Al 3 Ti was identified in the annealed powder as well as extruded samples. The TiB 2 particles size in as-milled Al-20wt.%TiB 2 powder ranged from10 nm to 1mm although most of them were smaller than 100 nm. Hot extrusion did not increase the TiB 2 particles size significantly. Furthermore the average Al grains in the as-milled powder was measured to be 15 nm which increased to 35 nm after hot extrusion. These results show that the prepared Al-20wt.%TiB 2 nanocomposite has good thermal stability against grain growth and particle coarsening. Extruded Al-20wt.%TiB 2 showed a hardness value of 180 VHN and yield and tensile strength of 480 and 540 MPa, respectively which are much higher than those reported for similar composites made by other processes. In addition, mechanical properties showed no drastical decrease up to 300 ?C. Key Words : in situ Al-TiB 2 nanocomposite, mechanical alloying,, Hot extrusion
در این تحقیق برای اولین بار قطعات بالک کامپوزیت‌های‌ Al-TiB 2 نانوساختاربصورت درجا و با کمک چند فرایند متوالی شامل آلیاژسازی مکانیکی، سینتر پلاسمایی جرقه‌ای و اکستروژن داغ با موفقیت ساخته شد و ساختار میکروسکوپی، پایداری حرارتی و خواص مکانیکی آن در مراحل مختلف ساخت مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا پودر نانوکامپوزیت Al-TiB 2 حاوی 10 و 20 درصد وزنی TiB 2 به‌صورت درجا و با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی دومرحله‌ای مخلوط پودر عناصر آلومینیم، تیتانیم و بور تولید شد. پودر کامپوزیت Al-TiB 2 حاصل از آلیاژسازی مکانیکی، با استفاده از فرایند سینتر پلاسمایی جرقه‌ای متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای موجود در پودر و قطعات حاصل از سینتر و اکستروژن، از پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. مرفولوژی و ریزساختار سطح مقطع ذرات پودر و نمونه‌ها پس از فرایندهای سینتر و اکستروژن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد و از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) جهت مطالعه دقیق ریزساختار و بررسی اندازه دانه‌ها استفاده شد. پایداری حرارتی پودر آلیاژسازی مکانیکی شده توسط آنالیز حرارتی تفریقی (DSC) بررسی شد. پودر و قطعات سینتر شده تحت آزمایش سختی سنجی قرار گرفته و رفتار کششی قطعات اکسترود شده مطالعه شد. یافته های آزمایشی نشان داد که فرایند دومرحله‌ای آلیاژسازی مکانیکی منجر به تولید پودر نانوکامپوزیت Al-TiB 2 با توزیع یکنواختی از ذرات فاز TiB 2 با اندازه متوسط nm 90 در زمینه آلومینیم با اندازه دانه m15 می‌شود. پودر حاصل از پایداری فازی در دمای بالا برخوردار بوده و فاز ناخواسته‌ای مانند Al 3 Ti در پودر و قطعات متراکم مشاهده نشد. به‌علاوه اندازه ذرات TiB 2 پس از اکستروژن در محدوده mm 2- nm10 می‌باشد که نسبت به پودر آلیاژسازی مکانیکی شده رشد قابل ملاحظه‌ای نداشته است. اندازه متوسط دانه‌های آلومینیم نیز پس از اکستروژن nm 35 بدست آمد که در مقایسه با اندازه دانه در پودر آلیاژسازی مکانیکی شده (nm 20) اولیه پایداری مناسبی نشان می‌دهد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که وجود نانوذرات TiB 2 و همچنین بکارگیری فرایند سینتر پلاسمایی جرقه‌ای باعث حفظ ساختار نانوکریستالی کامپوزیت شده است.‌‌ قطعات اکسترود شده نانوکامپوزیت Al-20wt.%TiB 2 دارای سختی 180 ویکرز و استحکام تسلیم و کششی به‌ترتیب 480 و 540 مگاپاسکال می‌باشد که این مقادیر در مقایسه با سایر کامپوزیت های زمینه آلومینیم که با روش‌های دیگر ساخته شده‌اند بیشتر می‌باشد. به‌علاوه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاصل در دمای بالا نیز تا دمای ?C 300 کاهش قابل توجهی نداشت و استحکام تسلیم و کششی آن در این دما به‌ترتیب 380 و 402 مگاپاسکال است. حتی در دماهای بالا نیز این کامپوزیت انعطاف‌پذیری پایینی (%6/1 در ?C300) از خود نشان داد. بنظر می‌رسد حفظ خواص مکانیکی نانوکامپوزیت در دمای بالا بدلیل پایداری حرارتی و رشد اندک ذرات TiB 2 و حاکم بودن مکانیزم اوروان در افزایش استحکام می‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی