Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seid hadi Abdollahi
سیدهادی عبدالهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Development of hybrid surface nanocomposite based of Al-Ni-O ternary system on AZ31 magnesium alloy surface by friction stir processing and evaluation of its formation mechanism
In this research, in-situ surface nano-composites based on Mg-Al/Ni and Mg-Al/Ni-O alloying systems were produced on AZ31 plate by friction stir processing (FSP). Then, microstructural, hardness, tensile and wear properties of these specimens were investigated. For this purpose, Ni and NiO powders were placed into surface grooves and then FSP were done. In order to optimize the FSP parameters such as rotation speed and FSP passes, microstructural analyses and microhardness test were done. The result of microstructural observations on FSPed specimen without Ni and NiO powders indicated that by increasing number of FSP passes, grain size decreased from 25 µm in base metal to 7.5 and 3 µm after 1 and 5 pass process. Also, characterization of Mg-Al/Ni nanocomposite microstructure indicated that during 1 pass, reinforced particles were non-uniform in the matrix. So that in this state, Ni powder was cold welding and formed coarse Ni particle in the matrix. By increasing FSP passes, coarse Ni particles were crushed, so that after 5 passes, more uniform distribution of reinforcement particles were observed in the matrix. XRD and EDS analysis were performed to detect created phases during in-situ reaction between matrix and Ni powder. Results showed that in Mg-Al/Ni composite that produced during 1 pass FSP, Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 intermetallic compounds were formed. By increasing FSP passes the amount of Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 reduced and AlNi and MgNi 2 intermetallic compounds were formed instead of Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 compounds. The microstructure of surface nanocomposite in Mg-Al/Ni-O alloying system indicated that during 3-pass FSP, uniform distributions of reinforcement particles obtained. Also, XRD pattern of this specimen indicated that at the first stage of FSP, reaction between Mg and NiO started and MgO and Ni were formed in the microstructure. Finally by increasing FSP passes Ni reacted with available aluminum in the matrix, therefore Al-Ni intermetallic compounds were formed. The hardness of base metal, Mg-Al/Ni and Mg-Al/NiO were 56, 106 and 140 Hv, respectively. The tensile test results indicated that ultimate tensile stress of base metal and Mg-Al/Ni-O composite were 226 and 320 MPa, respectively. Additionally, wear test analysis indicated that wear resistance of Mg-Al/NiO surface composite is much better than for base metal. Keywords: Insitu nano-composite, magnesium, Nikel, Nikel Oxide, Friction Stir Processing
در این پژوهش، با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP)، نانوکامپوزیت های سطحی بر پایه عناصر موجود در سیستم های آلیاژی Mg-Al/Ni و Mg-Al/Ni-O به صورت درجا بر سطح آلیاژ منیزیم AZ31 ایجاد و تحولات ریزساختاری، سختی، خواص مکانیکی و سایشی آن‌ها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. بدین منظور ابتدا با ایجاد شیاری بر سطح آلیاژ منیزیم AZ31 و اعمال پودرهای نیکل و اکسید نیکل به درون شیار، فرایند اصطکاکی اغتشاشی انجام گرفت و سپس پارامترهای بهینه فرایند نظیر سرعت چرخشی و تعداد پاس های فرایند طی بررسی های ریزساختاری و سختی سنجی بدست آمد. نتایج بررسی های ریزساختاری بر روی نمونه های خام بدون ذرات تقویت کننده نشان داد که با افزایش تعداد پاس های فرایند، میانگین اندازه دانه فلز پایه از 25 میکرون به حدود 5/7 و 3 میکرون پس از یک و پنج پاس فرایند می رسد. همچنین بررسی های ریزساختاری برای نمونه نانوکامپوزیتی بر پایه Mg-Al/Ni نشان داد که پس از یک پاس فرایند، توزیع غیریکنواختی از ذرات تقویت کننده در زمینه ایجاد شد، به گونه‌ای که در این شرایط ذرات نیکل، جوش سرد خورده و به صورت یک ذره بزرگ و کشیده در زمینه توزیع شده اند. با افزایش تعداد پاس های فرایند اصطکاکی اغتشاشی ذرات بزرگ نیکل ایجاد شده در پاس های قبلی به علت اغتشاش شدید حین فرایند خرد شده، به گونه‌ای که پس از پنج پاس فرایند توزیع کاملاً یکنواختی از ذرات تقویت کننده در زمینه مشاهده گردید. به منظور تعیین فازهای موجود در ساختار کامپوزیت حاصله از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنج اشعه ایکس (EDS) استفاده شد. بررسی ها نشان دادند که در آغاز فرایند اصطکاکی اغتشاشی (پاس اول)، ترکیبات Mg 2 Ni و Al 3 Ni 2 اولین فازهای تشکیل شده از واکنش درجا میان عناصر موجود در سیستم آلیاژی Mg-Al/Ni بود. با اعمال پاس های بعدی فرایند بر روی نمونه ها، از مقدار ترکیبات ایجاد شده در آغاز فرایند کاسته شده و ترکیبات بین فلزی AlNi و MgNi 2 جایگزین آن‌ها شدند. از طرف دیگر نتایج بررسی های ریزساختاری پیرامون نانوکامپوزیت سطحی ایجاد شده در سیستم آلیاژی Mg-Al/NiO نشان داد که پس از سه پاس فرایند، توزیع کاملاً یکنواختی از تقویت کننده ها در زمینه ایجاد شد. همچنین بررسی های پراش پرتو ایکس بر روی این نمونه ها نشان داد که از همان آغاز فرایند، احیای اکسید نیکل توسط منیزیم زمینه انجام شده و اکسید منیزیم و نیکل فلزی در زمینه ایجاد شده است. در ادامه اتم های نیکل فلزی با آلومینیوم موجود در زمینه به دلیل نیروی محرکه ترمودینامیکی بالاتر نسبت به منیزیم واکنش داده و ترکیبات بین فلزی بر پایه Al-Ni در زمینه تشکیل گردید. نتایج اندازه گیری سختی بر روی نمونه های فلز پایه، نانوکامپوزیت های سطحی بر پایه Mg-Al/Ni پس از پنج پاس و Mg-Al/NiO پس از سه پاس به ترتیب، 56، 106 و 140 ویکرز بدست آمد. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام کشش نهایی از مقدار 223 مگا پاسکال برای فلز پایه به حدود 320 مگا پاسکال برای نانوکامپوزیت سطحی بر پایه Mg-Al/NiO افزایش یافت. بررسی نتایج سایش گویای رفتار سایشی مناسب تر نمونه نانوکامپوزیتی در مقایسه با فلز پایه است. کلمات کلیدی: 1- نانوکامپوزیت درجا 2- منیزیم 3- نیکل 4- اکسید نیکل 5- فرایند اصطکاکی اغتشاشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی