SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Hamidreza Salimi jazi
رحمت اله عمادي (استاد راهنما) حميدرضا سليمي جزي (استاد مشاور)
STUDENT
Vahid Omranidizajyekan
وحيد عمراني ديزج يکان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Fabrication of in-situ Al-Cu/Al2O3 composite coating on the surface of aluminum base alloy by using green sand casting method
Surface composite reinforced with reactive process in-situ Al 2 O 3 particles fabricated through reduction reaction between melt aluminum alloy and CuO powder that coated to internal wall of the sand mold on the both of group casting alloys, pure aluminum and aluminum-11.2% silisum. Fabricated in-situ particles due to have not impurity in the interface of particle-matrix, have the good wet ability and coherent with the matrix in addition of increasing mechanical properties in the in situ composite rather than composite reinforced with the ex-situ Al 2 O 3 particles, to be taken improvement and increasing rate of nucleation from molten phase. In addition of the fabrication Al 2 O 3 in-situ reinforcement, a part of reduced copper inter the aluminum structure and with the composition of Al-Cu alloy in the surface of the as-cast, the surface of casting have treatment ability whereas internal sections of as-cast have not heat treatment ability. Whit age-hardening heat treatment on the condition of 535°C at 100 minutes for solid solution and 190°C at 8 hours for aging, CuAl 2 inter metallic precipitated beside the Al 2 O 3 particles, wear resistance of fabricated surface composite on the surface of Al-11.2%Si increased but in the pure Al as-cast sample is not improved. But reasonable to reduced the deep of valleys and wear particles in the both of alloy casting. The thickness of the composite layer on the surface of Al and Al-Si alloys was 50 and 75?m, respectively. Microscopic observation of worn surface for pure Al that casted in sand mold which coated with the CuO powder shows that with fabrication surface composite adhesive wear transform to mix of abrasive and adhesive wear. But for Al-11.2%Si alloy fabrication surface composite don’t change wear mechanism and the basic wear mechanism is delamination. Direct and alternative electric current used during the casting and solidification. The positive electrode connected to the metal mold and the negative electrode connected to the molten. Modification micro structure in the grain of Al and Si due to apply electric current during casting and with increasing strengths of the matrix, wear resistance increase for both alloy casting. Highest wear resistance make in the direct electric current and for alternative electric current, wear resistance is proportion to the intensity of electric current. Changing location of the electrodes in the pure Al don’t make sensible effect on the wear resistance but for Al-11.2%Si highest wear resistance is when the molten connected to the negative electrode and mold connected to the positive electrode. Apply direct electric current modified Al and Si grains and in the Al-11.2%Si alloy make three different micro structure that contain elongated Si near the negative electrode, fine Si grains in the intermediate section that the spherical Al-? surround them and comminute Si grains near positive electrode. Apply electric current in addition of modification micro structure cause increasing wear resistance of both pure Al and Al-11.2%Si that casted in the coated sand molds with CuO powders. At this condition wear particles is fin than the wear particles of pure Al and Al-11.2%Si that casted in sand molds which have not coating and the deep of valley in the worn surface is decrease. Key words Surface composite, in-situ particle, reactive process, age-hardening, wear resistance, electric current, modification micro structure
چکيده کامپوزيت سطحي پايه آلومينيم تقويت شده با ذرات درجاي کوراندوم به روش واکنشگر از طريق واکنش احياء ميان مذاب آلياژ آلومينيم و پودر اکسيد مس دو ظرفيتي که به صورت لايه پوششي به جداره داخلي قالب ماسه اي اعمال گرديده است، در سطح دو گروه ريختگي آلومينيم خالص و آلياژ آلومينيم-2/11%سيلسيم تشکيل گرديد . ذرات درجاي توليد شده به دليل نبود ناخالصيها در فصل مشترک ذره-زمينه، از ترشوندگي و کوهيرنسي خوب با زمينه برخوردار هستند که علاوه بر ارتقاء خواص مکانيکي در کامپوزيت هاي درجا نسبت به کامپوزيت هاي تقويت شده با ذرات برون جاي کوراندوم، موجب بهبود و افزايش سرعت جوانه زني از فاز مذاب مي گردد. علاوه بر تشکيل ذرات تقويت کننده درجاي کوراندوم، بخشي از مس حاصل از واکنش احياء وارد شبکه کريستالي آلومينيم شده و با تشکيل آلياژ آلومينيم-مس در سطح قطعه ريختگي، سطح قطعه قابليت عمليات حرارتي پيدا نمود در صورتي که قسمت هاي داخلي تر قطعه ريختگي فاقد عمليات حرارتي پير سختي مي باشند. با اعمال عمليات حرارتي پير سازي در شرايط 100 دقيقه انحلال در حالت جامد در دماي 535 درجه سانتيگراد و 8 ساعت پيرسازي در دماي 190 درجه سانتيگراد، رسوب ترکيب بين فلزي آلومينات مس از آلياژ آلومينيم-مس در کنار ذرات کوراندوم، مقاومت سايشي کامپوزيت سطحي تشکيل شده در سطح آلياژ آلومينيم-2/11%سيلسيم را ارتقاء داده ولي بهبودي در نمونه ريختگي آلومينيم خالص ايجاد نميکند اما منجر به کاهش عمق شيارها و اندازه ذرات سايشي هر دو گروه آلياژ ريختگي ميگردد. ضخامت لايه کامپوزيتي براي آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم 75 ميکرون و براي آلومينيم خالص 100 ميکرون ميباشد. مشاهدات ميکروسکوپي از سطوح سايشي نمونه ريختگي آلومينيم خالص در قالب ماسه اي پوشش داده شد با پودر اکسيد مس نشان ميدهد که مکانيزم سايش از حالت چسبان به ترکيبي از مکانيزم سايش چسبان و خراشان تبديل ميشود. ولي براي آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم با تشکيل کامپوزيت سطحي تغييري در مکانيزم سايش ايجاد نميشود و مکانيزم غالب سايش، سايش ورقه اي شدن ميباشد. در ادامه اثر جريان الکتريکي بر ريزساختار و مقاومت سايشي نمونه ريختگي آلومينيم خالص و آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم بررسي گرديد و در طي ريخته گري و انجماد، جريان الکتريکي مستقيم و متناوب درون نمونه ها اعمال شد. بدين منظور الکترود مثبت به قالب فلزي و الکترود منفي به مذاب متصل گرديد. اعمال جريان الکتريکي به مذاب در هنگام ريخته گري موجب اصلاح ريزساختار دانه هاي آلومينيم و سيلسيم مي گردد و با افزايش استحکام زمينه، مقاومت سايشي براي هر دو گروه آلياژ ريختگي افزايش مي يابد. بالاترين مقاومت سايشي در جريان مستقيم به وجود مي آيد و براي جريان متناوب، مقاومت سايشي متناسب با شدت جريان الکتريکي است. تغيير قطبيت در آلومينيم خالص تغيير محسوسي در مقاومت سايشي ايجاد نمي کند اما براي آلياژ آلومينيم-2/11%سيلسيم، بالاترين مقاومت سايشي وقتي که مذاب به قطب منفي و قالب به قطب مثبت وصل شده است، حاصل ميشود. اعمال جريان الکتريکي مستقيم علاوه بر اينکه موجب اصلاح دانه هاي آلومينيم و سيلسيم ميشود در آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم موجب به وجود آمدن سه ريز ساختار متفاوت ميگردد که شامل سيلسيم هاي کشيده شده در نزديکي قطب منفي، سيلسيم هاي ظريف در قسمت مياني که دانه هاي کروي آلومينيم آلفا را احاطه کرده اند و سيلسيم هاي خرد شده در نزديکي قطب مثبت ميباشد. اعمال جريان الکتريکي علاوه بر اصلاح ريزساختاري موجب افزايش مقاومت سايشي براي هر دو نمونه ريختگي آلومينيم خالص و آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم در قالب ماسه اي پوشش داده شده با اکسيد مس نيز ميشود. در اين شرايط اندازه ذرات سايشي نسبت به نمونههاي ريختگي آلومينيم خالص و آلياژ آلومينيم-2/11% سيلسيم که در قالب ماسه اي بدون پوشش ريخته گري شدهاند ريزتر ميباشد. کلمات کليدي : کامپوزيت سطحي، ذره درجا، روش واکنشگر، ترشوندگي، پيرسختي، مقاومت سايشي، جريان الکتريکي، اصلاح ريزساختار.