Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ahmad Rezaian
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) احمد رضائیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Salehi Sedeh
علی صالحی سده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Fabrication and characterization of aluminum matrix hybrid composite reinforced with SiC and G particles by gas pressure infiltration method
In the present study aluminum-silicon matrix composites reinforced with silicon carbide particles and mixture of silicon carbide and 10% graphite particles were fabricated by gas pressure infiltration of molten alloy in a porous preform and their properties were characterized. For this purpose, a pressure chamber capable of providing vacuums up to 10 -2 bars and pressures up to 20 bars at temperatures up to 800 ° C was designed and built from HP45 super alloy. First, a large number of initial tests were carried out to determine the main parameters that influence the infiltration of the melt in the preforms. To improve the melt infiltration in the preforms, the base alloy was modified by adding magnesium and the silicon carbide particles were modified by an oxidation treatment. It was also observed that machining grooves on the bottom surface of aluminum-silicon ingots improved the melt infiltration in the preform. Infiltratioof the melt was conducted at various temperatures and pressures. Finally, the suitable infiltration temperature and pressure for complete filling of the preforms were determined to be 700 ° C and 10bar, respectively. It was observed that the melt infiltration pattern included the breaking of the oxide layer at the ingot surface, preferential infiltration from preform-mold interface towards the end of the mold followed by lateral infiltration towards the center of the preform. Microstructure evaluation of the optimized samples indicated the complete penetration of the melt in the preforms, good quality of the matrix-reinforcement interfaces and presence of about 60% reinforcement in the fabricated composites. Evaluation of the mechanical properties of the fabricated composites showed 105% and 34% improvement in the hardness and yield strength of the samples reinforced with silicon carbide particles in comparison with the base alloy, respectively. These values were 83% and 16%, respectively, for the sample reinforced with the mixture of silicon carbide and graphite particles. Tribological studies showed that addition of the reinforcement particles did not change the wear mechanism of the base alloy but only reduced its wear rate. Addition of graphite to the reinforcement resulted in smaller coefficient of friction and greater wear rate. Keywords Aluminum matrix composite, Hybrid composite, Gas pressure infiltration
در این پژوهش کامپوزیت های زمینه آلومینیوم- سیلیسیم تقویت شده با ذرات کاربید سیلیسیم و مخلوط ذرات کاربید سیلیسیم و 10%گرافیت، به روش رخنه دهیِ فلز مذاب درون پیش شکل متخلخل تحت فشار گاز، ساخته و مشخصه یابی شدند. برای این کار ابتدا محفظه ای از جنس سوپرآلیاژ HP45 طراحی و ساخته شد که امکان اعمال خلا تا 2- 10 بار و فشار تا 20 بار در دماهای تا 800 درجه سانتی گراد را فراهم می آورد. در ابتدا تعداد زیادی از آزمایش های اولیه به منظور تعیین پارامترهای موثر بر نفوذ مذاب درون پیش شکل انجام شد. برای بهبود نفوذ مذاب در پیش شکل های تشکیل شده از ذرات کاربید سیلیسیم یا مخلوط ذرات کاربید سیلیسیم و گرافیت، آلیاژ زمینه با افزودن منیزیم و سطح ذرات کاربید سیلیسیم با عملیات اکسیداسیون اصلاح شد. همچنین مشاهده شد ایجاد شیارهایی در سطح زیری شمش آلومینیوم- سیلیسیم موجب بهبود نفوذ مذاب در پیش شکل می شود. رخنه دهی مذاب تحت دماها و فشارهای مختلفی انجام شد. نهایتا دمای 700 درجه سانتی گراد و فشار 10 بار به عنوان شرائط مناسب رخنه دهی برای پر شدن کامل پیش شکل تعیین شد. مشاهده شد الگوی نفوذ مذاب شامل پاره شدن پوسته اکسیدی روی سطح شمش، نفوذ ترجیحی از فصل مشترک پیش شکل و دیواره قالب به سمت انتهای قالب و نفوذ جانبی به سمت داخل پیش شکل می باشد. بررسی ریزساختار نمونه های بهینه، نشان دهنده نفوذ کامل مذاب به درون حفرات پیش شکل، کیفیت مناسب فصل مشترک زمینه- تقویت کننده و حضور حدود 60% تقویت کننده در ساختار کامپوزیت ها بود. بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده مشخص کرد که سختی و استحکام تسلیم نمونه های کامپوزیتی در حضور ذرات کاربید سیلیسیم نسبت به آلیاژ زمینه، به ترتیب 105% و 34% و در حضور مخلوط ذرات کاربید سیلیسیم وگرافیت، به ترتیب 83% و 16% افزایش یافت. در بررسی خواص سایشی مشخص شد افزودن ذرات تقویت کننده به آلیاژ زمینه در مکانیزم سایش تغییری ایجاد نکرده، تنها نرخ سایش را کاهش می دهد. افزودن گرافیت به مواد تقویت کننده کامپوزیت، موجب کاهش ضریب اصطکاک و افزایش نرخ سایش شد. کلمات کلیدی: کامپوزیت زمینه آلومینیومی، کامپوزیت هیبریدی، رخنه دهی تحت فشار گاز ،کاربید سیلیسیم، گرافیت، فصل مشترک، سایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی