Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نيرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ramin Jamshidi Alashti
رامين جمشيدي الاشتي

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Investigating the feasibility of producing A356/CNT open-cell nanocomposite foam by melt squeezing technique
In this research, feasibility of producing A356/CNT nanocomposite open-cell foam via melt squeezing technique was investigated. Open-cell aluminum foams have gained some significant applications in various industries because of their specific structural and mechanical characteristics. Success in producing CNT-incorporated open-cell aluminum alloy foams based on casting approach can ascertain their usage in more critical applications and also their mass-production. To achieve this goal, this project was conducted in three sections. At the first section, the influential parameters for production of open-cell A356 aluminum alloy foams via the melt squeezing procedure was optimized and effects of foam making variables on mechanical properties of the resultant foams were assessed. The influence of cell size and piston pressure on the porosity and mechanical properies of final foams was also simulated using artificial neural network (ANN). At the second section, various techniques for producing aluminum alloy-based nanocomposites containing different CNT weight percentages were utilized and the optimal one was selected. Finally, the possibility of producing aluminum-based nanocomposite foam using the optimal parameters of the two preceding stages was investigated. The results showed that foams comprising coarse and fine cell sizes yielded the highest strength and the highest energy absorption capacity, respectively. Production of bulk nanocomposites were only materialized by applying melt stirring speeds of more than 2000 rpm. Among variant amounts of the reinforcement incorporated into the melt, the composite containing 1 wt% CNT and 1 wt% Ti showed the best mechanical properties (including shear, bending and compressive strengths) among which the bending strength was improved by about 27% in comparison with the monolithic casting. However, due to the inconsistencies amongst the foam optimum production parameters and those of the bulk nanocomposite, production of nanocomposite foam, as the ultimate purpose of this thesis, was not feasible. The non-practicability of using high stirring speed as well as lack of rapid solidification condition in the foam making procedure, which results in CNT segregation, were recognized as the most important reasons for this failure. Key Words: Open-cell aluminum foam, A356-CNT nanocomposite, nanocomposite foam, vortex casting, mechanical properties, microstructure, artificial neural network
چکيده در اين تحقيق، امکان ساخت فوم حفره باز نانوکامپوزيتي A356/CNT به روش فشردن مخلوط مذاب و نمک مورد بررسي قرار گرفت. فوم‌هاي حفره باز آلومينيومي به دليل خواص ويژه ساختاري و مکانيکي، کاربردهاي مهمي در صنايع مختلف بدست آورده‌اند. موفقيت در توليد فوم‌هاي حفره باز آلياژ آلومينيوم با تقويت کننده CNT بر پايه ريخته گري، مي‌تواند امکان استفاده از آنها در کاربردهاي حساس‌تر و ساخت آنها در حجم بالا را فراهم سازد. براي اين منظور، اين پروژه در سه بخش انجام شد. در بخش اول، پارامترهاي موثر بر توليد فوم‌هاي غيرکامپوزيتي حفره باز آلياژ آلومينيوم A356 با تکنيک فشردن مخلوط مذاب و نمک بهينه يابي شده و تأثير پارامترهاي موثر بر فومسازي بر روي خواص مکانيکي فوم‌هاي نهايي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين تأثير اندازه حفره و فشار پيستون بر تخلخل و خواص مکانيکي فوم نهايي با استفاده از سيستم شبکه عصبي مدلسازي شد. در بخش دوم، روش‌هاي مختلفي براي توليد کامپوزيت‌هاي غيرفومي (بالک) با زمينه آلياژ آلومينيوم A356 و درصدهاي مختلفي از CNT بررسي و روش بهينه انتخاب شد. در بخش آخر، با استفاده از پارامترهاي بهينه دو مرحله قبلي، توليد فوم آلومينيومي نانوکامپوزيتي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بدست آمده حاکي از آنست که فوم‌هايي با اندازه حفرات درشت و ريز، به ترتيب بيشترين استحکام و قابليت جذب انرژي را با خود به همراه مي‌آورند. توليد نانوکامپوزيت هاي غيرفومي تنها با اعمال سرعت‌هاي هم زدن بالاي rpm 2000 بر روي مذاب تحقق يافت. از بين درصدهاي وزني مختلفي از تقويت کننده که در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفت، کامپوزيتي با 1 درصد وزني CNT و 1 درصد وزني Ti بيشترين خواص مکانيکي،شامل استحکام فشاري، خمشي و برشي، را از خود نشان داد، بطوريکه استحکام خمشي اين نانوکامپوزيت نسبت به نمونه شاهد حدوداً 75 درصد افزايش يافت. اما به هر حال، به دليل عدم سازگاري پارامترهاي بهينه توليد فوم با پارامترهاي بهينه توليد نانوکامپوزيت هاي غيرفومي، توليد فوم‌هاي نانوکامپوزيتي، به عنوان هدف نهايي اين تحقيق، ميسر نشد. از دلايل مهم اين مسأله مي‌توان به عدم امکان استفاده از سرعت‌هاي بالاي هم زدن و همچنين فقدان سرعت انجمادي بالا در فرايند فوم سازي اشاره نمود که منجر به جدايش نانولوله هاي کربني مي‌شود. اين دو عامل براي توليد موفق نانوکامپوزيت هاي غيرفومي A356/CNT لازم شناخته شد. کلمات کليدي: فوم حفره باز آلومينيومي، نانوکامپوزيت A356-CNT، فوم نانوکامپوزيتي، ريخته‌گري گردابي، خواص مکانيکي، ريزساختار، سيستم شبکه عصبي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی