Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zohreh Sadeghian
زهره صادقيان

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
چکيده در اين تحقيق براي اولين بار قطعات بالک کامپوزيت‌هاي‌ Al-TiB 2 نانوساختاربصورت درجا و با کمک چند فرايند متوالي شامل آلياژسازي مکانيکي، سينتر پلاسمايي جرقه‌اي و اکستروژن داغ با موفقيت ساخته شد و ساختار ميکروسکوپي، پايداري حرارتي و خواص مکانيکي آن در مراحل مختلف ساخت مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور ابتدا پودر نانوکامپوزيت Al-TiB 2 حاوي 10 و 20 درصد وزني TiB 2 به‌صورت درجا و با استفاده از فرايند آلياژسازي مکانيکي دومرحله‌اي مخلوط پودر عناصر آلومينيم، تيتانيم و بور توليد شد. پودر کامپوزيت Al-TiB 2 حاصل از آلياژسازي مکانيکي، با استفاده از فرايند سينتر پلاسمايي جرقه‌اي متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسايي فازهاي موجود در پودر و قطعات حاصل از سينتر و اکستروژن، از پراش پرتو ايکس (XRD) استفاده شد. مرفولوژي و ريزساختار سطح مقطع ذرات پودر و نمونه‌ها پس از فرايندهاي سينتر و اکستروژن با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) بررسي شد و از ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) جهت مطالعه دقيق ريزساختار و بررسي اندازه دانه‌ها استفاده شد. پايداري حرارتي پودر آلياژسازي مکانيکي شده توسط آناليز حرارتي تفريقي (DSC) بررسي شد. پودر و قطعات سينتر شده تحت آزمايش سختي سنجي قرار گرفته و رفتار کششي قطعات اکسترود شده مطالعه شد. يافته هاي آزمايشي نشان داد که فرايند دومرحله‌اي آلياژسازي مکانيکي منجر به توليد پودر نانوکامپوزيت Al-TiB 2 با توزيع يکنواختي از ذرات فاز TiB 2 با اندازه متوسط nm 90 در زمينه آلومينيم با اندازه دانه m15 مي‌شود. پودر حاصل از پايداري فازي در دماي بالا برخوردار بوده و فاز ناخواسته‌اي مانند Al 3 Ti در پودر و قطعات متراکم مشاهده نشد. به‌علاوه اندازه ذرات TiB 2 پس از اکستروژن در محدوده mm 2- nm10 مي‌باشد که نسبت به پودر آلياژسازي مکانيکي شده رشد قابل ملاحظه‌اي نداشته است. اندازه متوسط دانه‌هاي آلومينيم نيز پس از اکستروژن nm 35 بدست آمد که در مقايسه با اندازه دانه در پودر آلياژسازي مکانيکي شده (nm 20) اوليه پايداري مناسبي نشان مي‌دهد. بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت که وجود نانوذرات TiB 2 و همچنين بکارگيري فرايند سينتر پلاسمايي جرقه‌اي باعث حفظ ساختار نانوکريستالي کامپوزيت شده است.‌‌ قطعات اکسترود شده نانوکامپوزيت Al-20wt.%TiB 2 داراي سختي 180 ويکرز و استحکام تسليم و کششي به‌ترتيب 480 و 540 مگاپاسکال مي‌باشد که اين مقادير در مقايسه با ساير کامپوزيت هاي زمينه آلومينيم که با روش‌هاي ديگر ساخته شده‌اند بيشتر مي‌باشد. به‌علاوه خواص مکانيکي نانوکامپوزيت حاصل در دماي بالا نيز تا دماي ?C 300 کاهش قابل توجهي نداشت و استحکام تسليم و کششي آن در اين دما به‌ترتيب 380 و 402 مگاپاسکال است. حتي در دماهاي بالا نيز اين کامپوزيت انعطاف‌پذيري پاييني (%6/1 در ?C300) از خود نشان داد. بنظر مي‌رسد حفظ خواص مکانيکي نانوکامپوزيت در دماي بالا بدليل پايداري حرارتي و رشد اندک ذرات TiB 2 و حاکم بودن مکانيزم اوروان در افزايش استحکام مي‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی