Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Mohammad sharifi
احسان محمدشریفی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Fabrication of Bulk Al/B4C Nanocomposites by Ball Milling and Hot Pressing and Evaluation of their Wear Behavior
Aluminum matrix composites are important applicable materials for automotive and aerospace industries. Lightweight, environmental resistance, high specific strength and stiffness, good wear resistance and high thermal and electrical conductivity are characteristics that promote research and development to extend their applications by further improvement in the properties. Ceramic particles are the most widely used materials for reinforcement of aluminum alloys. Boron carbide (B 4 C) is one of the most promising ceramic materials due to its attractive properties, including high strength, high melting point (2450 ° C), low density (2.52 g/cm 3 ), extremely high hardness (the third hardest material after diamond and boron nitride), good chemical stability and neutron absorption capability. The combination of these properties makes it an interesting candidate for neutron absorption materials, wear resistant materials, electrode materials and cutting tools. In addition to many uses of sintered shapes, particulate B 4 C has been used as reinforcement for metal and ceramic matrix composites for increasing wear resistance. More recently, Considerable attention has been paid to Al-B 4 C composites. In this study, aluminum matrix nanocomposite reinforced by boron carbide nanoparticles was produced using mechanical milling and hot pressing methods. For fabrication of this nanocomposite two general paths were considered. First path involved insitu formation of B 4 C nanoparticles in Al matrix by ball milling of Al-B-C powder mixtures. The second path included two ste preparation of B 4 C nanoparticles by mechanochemical route and then ball milling of B 4 C with pure Al powder to obtain Al–B 4 C nanocomposite. In order to produce of B 4 C nanoparticles, various routs such as milling of elemental B-C mixture, carbothermic reduction of boron oxide (B 2 O 3 ), aluminuthermic and magnesiothermic reduction of B 2 O 3 in the presence of carbon were investigated. Morphological and structural changes of powders during mechanical milling were examined using scanning electron microscopy (SEM) observations and X-ray diffraction (XRD) analysis. Results showed that ball milling of Al-B-C powder mixture did not yield B 4 C in Al matrix even after long milling time. Subsequent heat treatment of this mixture led to the formation of undesirable phases. In mechanochemical route only magnesiothermic reduction of B 2 O 3 in the presence of carbon led to the formation of B 4 C phase. XRD analysis and transmission electron microscopy (TEM) observations confirmed that magnesiothermally synthesized B 4 C had nanometer size ranging from 10 to 80 nm. The prepared B 4 C nanoparticles wer
در این پژوهش نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانو‌ذرات کاربید‌بور با روش آسیاب کاری مکانیکی و پرس‌گرم تولید و بهینه سازی شد‌. برای تولید این نانو‌کامپوزیت دو مسیر کلی مدنظر قرار گرفت‌. در مسیر اول سعی شد تا به کمک فرایند مکانو‌شیمیایی و آسیاب‌کاری مخلوط آلومینیوم- بور- کربن‌، ذرات کاربید‌بور به صورت درجا در زمینه آلومینیوم تشکیل شود‌. در مسیر دوم سعی شد تا ابتدا نانو‌ذرات کاربید‌بور در یک فرایند جداگانه تولید و سپس به زمینه آلومینیومی افزوده شده و مخلوط حاصل جهت تولید پودر نانو‌کامپوزیتی تحت عملیات آسیاب‌کاری قرار گیرد‌. برای تولید نانو‌ذرات کاربید‌بور چندین روش از جمله آسیاب‌کاری مخلوط بور و کربن‌، احیای کربوترمیک اکسید‌بور‌، احیای آلومینیوترمیک و نیز احیای منیزیوترمیک اکسید‌بور در حضور گرافیت مد نظر قرار گرفت‌. تغییرات مورفولوژیکی و ساختاری مخلوط‌های پودری فوق در حین آسیاب کاری با استفاده از مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز پراش پرتوی ایکس (XRD) ارزیابی شد‌. نتایج نشان داد که آسیاب‌کاری مخلوط پودری آلومینیوم- بور- کربن‌ حتی در زمان‌های طولانی آسیاب‌کاری منجر به تولید فاز کاربید‌بور به صورت درجا در زمینه آلومینیوم نمی‌شود و در جریان عملیات حرارتی بعدی نیز تنها یک سری فازهای ناخواسته ناشی از انجام واکنش بین اجزای این مخلوط پودری تشکیل می‌شوند. همچنین از میان چهار روشی که برای تولید نانو‌ذرات کاربید‌بور مد نظر قرار گرفته بود‌، تنها روش احیای منیزیوترمیک اکسید‌بور در حضور گرافیت منجر به تولید موفقیت آمیز این نانو‌ذرات شد‌. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس‌ و مشاهدات میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نشان داد که می‌توان با انجام عملیات لیچینگ مناسب بر روی محصول فرایند منیزیوترمیک‌، نانو‌ذرات کاربید‌بور با خلوص بسیار بالا و اندازه‌ای در گستره 10 تا 80 نانومتر تولید کرد‌. نانو‌ذرات کاربید‌بور تولید شده به عنوان فاز تقویت‌کننده در درصدهای وزنی مختلف با پودر آلومینیوم مخلوط شده و برای تولید پودر نانو‌کامپوزیتی تحت عملیات آسیاب‌کاری قرار گرفتند‌. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس‌، محاسبه اندازه دانه‌های آلومینیوم توسط روش ویلیامسون- هال و اندازه‌گیری میکروسختی مخلوط پودری مذکور پس از ساعات مختلف آسیاب‌کاری نشان داد که مدت زمان 5 ساعت آسیاب‌کاری برای تولید پودر نانوکامپوزتی زمینه آلومینیومی با اندازه دانه حدود 50 نانومتر کافی است‌. لذا پودرهای نانوکامپوزیتی حاوی 5‌، 10 و 15 درصد وزنی فاز تقویت‌کننده برای تولید قطعات بالک به روش پرس‌گرم مورد استفاده قرار گرفت‌. اندازه‌گیری چگالی و محاسبه اندازه دانه آلومینیوم پس از فرایند پرس‌گرم نشان‌دهنده موفقیت آمیز بودن این روش در تولید قطعات بالک نانو‌کامپوزیتی بود‌. از آزمون‌های سختی سنجی و فشار جهت بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها استفاده شد‌. خواص سایشی نانوکامپوزیت ها (‌‌نظیر نرخ سایش‌، ضرایب اصطکاک و مکانیزم های سایش‌‌) نیز با استفاده از آزمون سایش پین- دیسک در بارهای اعمالی مختلف بررسی شد‌. نتایج نشان داد با افزودن 15 درصد وزنی نانو‌ذرات کاربید‌بور‌، چگالی نسبی کامپوزیت ها در مقدار 98%~ ثابت باقی مانده و مقدار سختی از HV 33 برای آلومینیوم خالص به HV 164 افزایش یافت‌. استحکام فشاری نمونه حاوی 15 درصد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی