Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad,Mahmood Meratian isfahani
محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما) محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
HASAN ZARE
حسن زارع

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Production and Evaluation of Carbon Nanotube Reinforced Aluminum Matrix Composite via Equal Channel Angular Pressing) ECAP)
Equal channel angular pressing (ECAP) process is one of the most important methods for powder densification due to the presence of shear strain. In this research, fabrication, mechanical and physical properties of Al-CNT composite produced with the ECAP method was investigated. Carbon nanotubes (CNTs) are expected to be ideal reinforcements of composite materials used in aircraft and sports industries due to their high modulus and low density. Carbon nanotubes (CNTs) have high elastic modulus and high tensile strength, typically Young’s modulus of 1 TPa and tensile strength of 30 GPa . However, it is difficult to take advantage of these mechanical properties in practice due to their poor formability.The best way of application may be to use CNTs as the reinforcement in metallic materials. In fact, there have been several attempts to produce Al/CNTs composites using processes such as hot extrusion , hot press, plasma spray and ball-milling. However, all of these attempts required heating to attain dense packing so that a reaction of CNTs with the Al matrix inevitably occurred and thus aluminum carbides (Al4C3) were unintentionally produced. Since carbides are brittle, cracks are likely to be initiated when the composite is deformed The non agglomerated CNTs were distributed homogenously with 2% consolidation in the Aluminum matrix. The ECAP process was performed o the both monolithic and composite samples for 8 passes. Scanning electron microscopy was utilized to investigate the size of porosities and the distributed CNTs in the powder Aluminum matrix. Transmission electron microscopy was utilized for more detailed investigation of sample microstructure after 8 passes. Relative Density differences of samples were obtained by the use of Archimedes methods. Hardness, pressure and shear punch tests were done to evaluate mechanical properties. The fracture surfaces of shear punched samples were studied by the scanning electron microscopy. In Aluminum samples, both ductile and brittle fracture were observed, but the brittle fracture was the only kind in the composite samples. MAUD software and Riet-Veld were used to analyze the XRD patterns and calculate the minor grains size, micro strain and dislocations density of monolithic and composite samples. In the composite samples, the grain size was reduced to 300nm and dislocations density was increased due to 8 passes of ECAP process. Transmission electron microscopy images showed that increasing the numbers of passes contributed to decrease of porosities and change of porosities shape from oval (elliptic) to spherical. By 2% consolidation addition of CNTs, relative density of composite samples was reduced from 99% to 98% in the eighth pass. In addition, hardness of composite sample was improved from 68HV to 82HV. Pressure strength of nano composite with the 2% consolidation CNTS in the eighth pass was reached to its maximum amount of 260MPa which was 20% more than aluminum samples in the same condition. Also, the amount of reduction for cross-sectional area from 23% in the aluminum sample was decreased to 17% in the composite sample. Furthermore, yang module was increased from 74GPa to 94GPa for the monolithic sample. Keywords: Equal channel angular pressing, Nano tubes, Ball mill attrition, Ultrasonic, Strength pressure, Dislocation density, Reduction of area.
روش ECAP یکی از مورد توجه ترین روش ها برای چگالش پودرها می باشد. علت به این موضوع بر می گردد که در چگالش پودر به روش مکانیکی حضور کرنش های برشی اهمیت فراوانی دارد. در این پژوهش از فرایند پرس کردن در دو کانال هم مقطع زاویه دار (ECAP) برای ساخت کامپوزیت آلومینیوم-نانولوله‌‌های‌‌کربنی استفاده گردید. نانو لوله های کربنی با استفاده از روش آسیاب کاری گلوله ای شافتی و آلتراسونیک به صورت یکنواخت و غیر آگلومره به میزان 2% حجمی در زمینه آلومینیوم توزیع شد. فرایندECAP تا 8 پاس بر روی دو نمونه پودر آلومینیومی و کامپوزیت انجام شد. برای بررسی نحوه توزیع نانو لوله های کربنی در زمینه پودر آلومینیوم و همچنین بررسی میزان و اندازه خلل و فرج در نمونه ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. برای بررسی دقیق‌‌تر ریز‌‌ساختار ماده پس از انجام 8 پاس ECAP بر روی نمونه کامپوزیتی از تصاویر میکروسکوب الکترونی عبوری استفاده شد. با استفاده از روش ارشمیدس تغییرات چگالی نسبی نمونه‌‌های آلومینیومی و کامپوزیتی در پاس‌‌های مختلف بدست آمد. برای بررسی خواص مکانیکی نمونه‌ها آزمون سختی ، فشار و سنبه برشی در پاس‌های مختلف انجام شد. سطح شکست نمونه‌های سنبه برشی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. شکست در نمونه‌های آلومینیوم به صورت ترد و در بعضی نقاط نرم و در نمونه کامپوزیتی به صورت کاملاً ترد اتفاق افتاد. الگوهای پراش پرتو ایکس مربوط به نمونه‌های آلومینیومی و کامپوزیتی درپاس‌‌های مختلف فرایند ECAP توسط روش ریت-ولد به وسیله نرم افزار MAUD تحلیل شد. با استفاده از این نرم افزار اندازه دانه فرعی نمونه‌‌های آلومینیومی و کامپوزیتی، میکروکرنش و دانسیته نابجایی‌ها در پاس های مختلف فرایند، بدست آمد.در اثر انجام فرایند ECAP بعد از هشت پاس در نمونه کامپوزیتی اندازه دانه به حدودnm 300 کاهش یافته و دانسیته نابجایی‌ها افزایش یافت. بررسی میکروسکوپ الکترون عبوری نشان داد که با افزایش تعداد پاس میزان حفره کم شده است و شکل حفره‌‌ها از حالت کشیده ( بیضی شکل با گوشه های تیز) در روش ECAP به شکل کروی و ریز در می آید. با افزودن 2 درصدحجمی نانولوله‌‌ی‌‌کربنی، چگالی نسبی نمونه کامپوزیتی در پاس هشتم نسبت به نمونه آلومینیوم از 99% به 98% کاهش یافت. مقدار سختی از حدود HV68 برای نمونه آلومینیومی به HV82 در نمونه کامپوزیتی افزایش یافت. استحکام‌‌ فشاری نانوکامپوزیت‌‌ها در 2 درصدحجمی نانولوله ها‌‌ی‌‌کربنی، در پاس هشتم به بیشینه‌‌ی خود یعنی MPa260 رسید که 20% بیشتر از نمونه آلومینیومی در پاس هشتم می‌‌باشد. میزان کاهش در سطح مفطع در نمونه آلومینیومی در پاس هشتم از 23% به 17% در نمونه کامپوزیتی کاهش یافت . همچنین، مقادیر مدول یانگ در این درصدحجمی از GPa74 برای نمونه آلومینیومی به GPa 94افزایش یافت. کلمات کلیدی : پرس کردن در دو کانال هم مقطع زاویه دار، نانولوله کربنی، آسیاب‌کاری‌گلوله‌ای‌شافتی، آلتراسونیک، استحکام فشاری، دانسیته نابجایی، مدول یانگ، کاهش در سطح مقطع

ارتقاء امنیت وب با وف بومی