Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yousef Mazaheri Roudbali
يوسف مظاهري رودبالي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Development of Al356/Al2O3 surface nanocomposite by friction stir processing and evolution of its tribological behavior
In this research, development of Al356/Al 2 O 3 surface nanocomposite by friction stir processing (FSP) method was investigated. For this purpose, first tool shape and geometry and FSP parameters were optimized by examining the samples prepared at a variety of process parameters microstructurally using both optical and scanning electron microscopy. The optimum value of tool rotation rate, traverse speed and the suitable tilt of the spindle towards trailing direction were found 1600rpm, 200mm/min and 2?, respectively. Then Al356/Al 2 O 3 composite powders were prepared by mechanical milling of Al356 chips and 5vol. % micro and nanoscaled alumina particles. The milled powders were used as feedstock to deposit composite coatings on Al356-T6 substrate using high velocity oxy-fuel (HVOF) process. Finally the aluminum plates with preplaced composite layers were subjected to FSP. With the optimized tool design and processing parameters, composite layers of ~5mm, with well distributed particles and a good bonding with the aluminum substrates, was generated. X-ray diffractometery, optical and scanning electron microscopy, microhardness, nanoindentation and wear tests were used to characterize the composite powders, coatings and surface composites. Friction stir processing of Al356 resulted in the significant breakup of coarse acicular Si particles and coarse primary aluminum dendrites, the closure of casting porosities, and the uniform distribution of broken Si particles having an average size of 5–10 ?m and an average aspect ratio of ~2 in the aluminum matrix. Results indicated that, the presence of Al 2 O 3 in matrix can improve the mechanical properties of specimens. The mechanical performances of nanoparticle reinforced composites were far superior to those of microparticle strengthened composites with a similar volume content of particulate. It was found that the hardness and elastic modulus of surface nanocomposite were about 110Hv and 86GPa. Surface composites revealed low friction coefficients and wear rates, which were significantly lower than those obtained for substrate. The wear mass loss of the base metal, FSP, surface micro and nanocomposite specimens after 500m sliding distance were 50.5mg, 55.6mg, 31mg and 17.2mg, respectively. Scanning electron microscopy tests revealed different wear mechanisms on the surface of the warn test specimens.
در اين پژوهش لايه‌هاي سطحي کامپوزيتي حاوي ذرات ميکرو و نانومتري Al 2 O 3 با استفاده از فرايند اصطکاکي- اغتشاشي بر زير‌لايه آلياژ آلومينيوم A356 ايجاد ‌گرديد. بدين منظور در ابتدا ابزار مورد نياز در اين روش، طراحي و ساخته شد و پس از آن پارامترهاي مختلف نظير هندسه ابزار، سرعت پيشروي و سرعت دوران ابزار و تأثير آن‌ها بر ريزساختار منطقه فرايند شده مورد بررسي قرار گرفت. پس از بررسي‌هاي انجام شده ترکيب پارامتري rpm1600= ? ، mm/min200= V و?2= ? به عنوان شرايط بهينه فرايند براي ادامه تحقيق در نظر گرفته شد. در ادامه سعي شد تا ذرات تقويت کننده در قالب کامپوزيت از پيش تهيه‌شده به صورت غير‌مستقيم به سيستم اضافه شود و از به هم چسبيدن ذرات تقويت کننده که موجب کاهش کارايي آن‌ها مي‌شود جلوگيري گردد. بنابر‌اين پس از توليد مقدار کافي پودر کامپوزيتي توسط فرايند آسياب‌کاري، ذرات پودر با روش پاشش حرارتي HVOF بر روي زيرلايه Al356-T6 پاشيده شد. پس از ايجاد پوشش بر روي قطعات، فرايند اصطکاکي- اغتشاشي به گونه‌اي اعمال شد که کامپوزيت سطحي تا عمق 5 ميليمتري توسعه يابد. جهت بررسي ريزساختار حاصل از فرايند اصطکاکي– اغتشاشي، بررسي مورفولوژي و اندازه ذرات پودرهاي مواد اوليه و محصولات توليدي، ارزيابي ريزساختار پوشش و نانوکامپوزيت سطحي Al356/Al 2 O 3 از ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي استفاده شد. آناليز فازي پودر‌هاي اوليه و کامپوزيتي توسط الگو‌هاي پراش پرتو ايکس انجام گرفت. ارزيابي خواص نمونه‌هاي اوليه، فرايند ‌شده و کامپوزيتي توسط سختي‌سنجي، آزمايش نانوايندنتور و آزمون سايش صورت پذيرفت. اعمال فرايند اصطکاکي- اغتشاشي بر روي آلياژ Al356، منجر به خرد شدن قابل ملاحظه تيغه‌هاي سوزني شکل درشت سيليسيم و دندريت‌هاي درشت اوليه آلومينيوم، بسته‌ شدن تخلخل‌هاي ريختگي و توزيع يکنواخت ذرات ريز سيليسيم با اندازه متوسط حدود 5 تا 10 ميکرومتر و نسبت طول به عرض حدود 2، در زمينه آلومينيوم شد. خواص مکانيکي نمونه‌هاي کامپوزيت سطحي، در مقايسه با آلياژ زير‌لايه و نمونه فرايند شده به نحو چشمگيري توسعه يافت. افزايش خواص کامپوزيت‌هاي سطحي تقويت شده با ذرات نانومتري آلومينا بيشتر بود به گونه‌اي که سختي و مدول الاستيک نانوکامپوزيت توليدي به ترتيب تا حدود 110 ويکرز و 86 گيگا پاسکال افزايش يافت. نتايج انجام آزمون سايش بر روي نمونه‌هاي مختلف، رفتار سايشي مناسب‌تر نمونه‌ نانوکامپوزيتي را در مقايسه با نمونه‌هاي ديگر نشان داد به طوري که بعد از 500 متر لغزش کاهش جرم فلز پايه mg5/50، نمونه فرايند شده بدون ذرات تقويت کننده mg6/55، ميکروکامپوزيت سطحي mg31 و نانوکامپوزيت سطحي mg2/17 بود. بررسي سطوح و ذرات سايش نمونه‌ها مکانيزم‌هاي سايش متفاوت را نشان داد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی