Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Jazini Dorcheh
امیر جزینی درچه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fabrication and characterization of aluminum syntactic foam using expanded pearlite particles by melt infiltration method
: Combined metal foams have been considered in recent years due to their composite nature and higher mechanical properties than conventional metal foams. The properties of this foam group depend on a number of factors, such as the alloy of the field and the properties of the spatial material. In the meantime, the use of mineral porous particles as a spatial agent is due to the decrease in the cost of foam production. In this research, the design and characterization of aluminum composite foam using Al-4.5wt% Cu alloy as a metal background and expanded perlite particles with a mean particle size of 2 mm and a density of 0.33 g / cm3 As a spatial agent, we investigated the gas infiltration method using gaseous gas. For this purpose, the effect of melt and gas pressure factors on the molten ingosity process was first investigated and, after various experiments, the temperature of 750 ° C and atmospheric pressure were selected as the optimum foam formation conditions. The foam was made with a density of 1.55 ± 0.3 g / cm3, the diameter of the perlite particles expanded 50.3 ± 0.8 and the total porosity was about 45%. Microstructural investigations showed that, despite the directional cooling of the mold after the intrusion process, except for limited areas in the mold which were grown as directed dendrites in the opposite direction for heat transfer, the microstructure of the field It was mainly co-axial dendritic structure. The effect of this was the low thermal conductivity of expanded perlite particles relative to aluminum melt, the creation of thermal concentration points in the structure and interference with the thermal slip caused by external cooling. The average distance between the dendritic cells was 41.2 ?m for the lower part in the areas near the mold floor and 64.3 ± 1.4 mm for the upper areas of foam near the remaining aluminum part. The results of XRD and EDS tests indicated a chemical reaction and reduction of oxide compounds of perlite particles by aluminum molten to a small extent in the molten and particulate phase. In order to improve the mechanical properties of the foams made, the thermal treatment of T6 is performed on the foam samples in two atmospheres of ordinary and protected air (inside quartz-free air pipes) and the effect of thermal atmosphere on the mechanical properties of the final Also reviewed. Based on the results obtained, the thermal treatment in the ordinary atmosphere did not lead to the massive oxidation of aluminum foams, but the process carried out in the protective atmosphere in the method used in this study, due to the reduced cooling rate of the samples, caused a slight loss in properties The mechanical foam has become more common to atmospheric air. The results of thermal treatment T6 showed an increase of about 44 MPa in compressive strength, 90 MPa in constant region stress and 28 MJ / m in the absorption capacity of foams compared to casting mode. The same compression strain for all foams (averaging 39 to 40%) and the uniform strain of the samples during the pressure test showed a nearly uniform distribution of EP particles in the aluminum field and process repeatability. Keywords: syntactic foam, Al-4.5wt%Cu alloy, expanded perlite, interface, microstructure, mechanical properties, heat treatment.
فومهای فلزی ترکیبی بهدلیل ماهیت کامپوزیتی و خواص مکانیکی بالاتر نسبت به فومهای فلزی معمولی، در سالهای اخیر مورد توجه ویژهای قرار گرفتهاند. خواص این دسته از فومها به عوامل متعددی همچون آلیاژ زمینه و ویژگیهای ماده فضاساز بستگی دارد. در این میان استفاده از ذرات متخلخل معدنی بهعنوان عامل فضاساز بهدلیل کاهش هزینههای اقتصادی تولید فوم مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته است. در این پژوهش ساخت و مشخصهیابی فوم ترکیبی آلومینیومی با استفاده از آلیاژ Al-4.5wt%Cuبهعنوان فلز زمینه و ذرات پرلیت منبسطشده با اندازه متوسط ذرات 2 میلیمتر و چگالی 33/0 گرم بر سانتیمترمکعب بهعنوان عامل فضاساز و با استفاده از روش رخنهدهی مذاب تحت فشارگاز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا تاثیر عوامل دمای مذاب و فشارگاز بر فرایند رخنهدهی مذاب بررسی و پس از انجام آزمایشات مختلف دمای 750 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفری بهعنوان شرایط بهینه ساخت فوم انتخاب شدند. فومهای ساختهشده دارای چگالی 3/0±55/1 گرمبرسانتیمترمکعب، کسرحجمی ذرات پرلیت منبسطشده 8/0±3/50 ، و میزان تخلخل کل حدود 45 درصد بودند. بررسیهای ریزساختاری نشان داد که با وجود سرد کردن جهتدار قالب پس از فرایند رخنهدهی، بهجزمناطقمحدودی درکف قالب که بهصورتدندریتهای جهتداردرخلافجهتانتقال حرارت رشد کردهبودند، ریزساختار زمینهعمدتادارای ساختار دندریتی هم محور بود.علت این مسئله هدایت حرارتی پائین ذرات پرلیت منبسطشده نسبت به مذاب آلومینیومی، ایجاد نقاط تمرکز حرارت در ساختار و تداخل با شیب حرارتی ناشی از سردکردن خارجی دانسته شد. فاصله میانگین بین سلولهای دندریتی 0/2 ± 2/41 میکرومتر برای قسمت پایینی در مناطق نزدیک به کف قالب و 4/1± 3/64 میکرومتر برای مناطق بالایی فوم نزدیک به قسمت آلومینیوم باقیمانده بهدستآمد. نتایج آزمونهای XRD و EDحاکی از واکنششیمیایی و احیا ترکیبات اکسیدی ذرات پرلیت توسط مذاب آلومینیومی به مقدار جزئی در فصلمشترکمذاب و ذرات بود. بهمنظور بهبود خواص مکانیکی فومهای ساخته شده، عملیات حرارتی T6بر روی نمونههای فومی در دو اتمسفر هوای معمولی و محافظت شده (درون لولههای خالی از هوا از جنس کوارتز) انجام و تاثیر اتمسفرعملیات حرارتی بر خواص مکانیکی نهایی نیز بررسی شد. بر اساس نتایج بهدستآمده، انجام عملیات حرارتی در اتمسفر معمولی باعث اکسیداسیون گسترده فومهای آلومینیوم نشد ولی انجام فرایند در اتمسفر محافظ به روش مورد استفاده در این پژوهش، به دلیل کاهش سرعت سردکردن نمونهها باعث افت جزئی در خواص مکانیکی فوم نسبت به حالت اتمسفر هوای معمولی شد. نتایج حاصل از عملیات حرارتیT6، افزایش حدود 44 مگاپاسکال در استحکام فشاری، 90 مگاپاسکال در تنش ناحیه ثابت و 28 مگاژول بر مترمکعب در قابلیت جذب انرژی فومها را نسبت به حالت ریختگی نشان داد. کرنش فشردگی مشابه برای تمامی فومها (بهطور میانگین 39 تا 40 درصد) و کرنش یکنواخت نمونهها در حین آزمون فشار، توزیع تقریبایکنواخت ذرات EP در زمینه آلومینیومیو تکرارپذیری فرایندرا نشان داد. کلمات کلیدی: فوم ترکیبی، آلیاژAl-4.5wt%Cu، پرلیت منبسطشده، فصلمشترک، ریزساختار، خواص مکانیکی، عملیات حرارتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی