Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Tavoosi
مجید طاووسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Fabrication and characterization of Al-Zn/Al2O3 nanocomposite by mechanical alloying and hot pressing
In this study fabrication and characterization of alumina particles reinforced aluminum based metal matrix nanocomposite by mechanical alloying and hot pressing was investigated. Aluminum and zinc oxide powders mixture milled by a planetary ball mill and hot pressing the samples at 400 and 500 ? C under 400 MPa led to fully dense bulk Al-13.4wt%Zn/5vol%Al 2 O 3 nanocomposite. The structural evaluation milled and annealed powders studied by x-ray diffraction, SEM observation and hardness measurement. The aluminum crystallite size estimated with broadening of XRD peaks by Williamson-Hall formula. The results showed that milling of aluminum and zinc-oxide for 60h led to displacement reaction of the zinc-oxide and aluminum to produce Zn and Al 2 O 3 phases. The milled powder had a microstructure consisting of nanosized Al 2 O 3 particles in an Al-Zn solid solution with a nanoscale grain size of 40nm. The zinc oxide was found to be reacted with Al through a rapid self-sustaining combustion reaction process in stoichiometric composition. As a result a zinc matrix composite reinforced by Al 2 O 3 particulate was formed. The results showed that in early stage of milling the solubility limit of Zn in Al is extended compared to equilibrium value. It was also observed that the lattice parameter of the Al matrix in the as-milled powder decreased as a function of the content. However, after longer milling times, decomposition of Zn supersaturated (Al) solid solution appeared to occur leading to an increase of Al lattice parameter. In this state, softening due to the decomposition of the supersaturated solid solution dominates over the work hardening and grain refinement effects reducing the hardness of as-milled powder.
آلیاژهای آلومینیوم به دلیل دارا بودن خصوصیاتی نظیر دانسیته پایین، نسبت استحکام به وزن بالا و داکتیلیته عالی در بسیاری از صنایع به ویژه صنایع هوا-فضا، نظامی و خودرو کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. مشکل اصلی آلیاژهای آلومینیوم رفتار تریبولوژیکی ضعیف و پایداری حرارتی کم آن‌ها می‌باشد. حضور ذرات سرامیکی تقویت کننده نانومتری در ساختار می‌تواند با ایجاد مانع بر سرحرکت نابجایی‌ها، این آلیاژها را برای کاربردهای سایشی و دمای بالا مناسب سازد. در این پژوهش تولید آلیاژهای نانو کریستال Al-Zn و نانوکامپوزیت با زمینه آلیاژ Al-Zn حاوی ذرات Al 2 O 3 نانومتری مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند تولید با آلیاژسازی مکانیکی پودر آلومینیوم به همراه اکسید روی و در برخی آزمایش‌‌ها به همراه روی انجام شد. بررسی‌های فازی با پراش پرتو ایکس و بررسی‌های میکروساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری (TEM و SEM) صورت گرفت. نتایج بررسی‌‌ها حاکی از آن است که کاهش اندازه دانه‌های کریستالی آلومینیوم خالص تا 50 نانومتر با 20 ساعت آسیاب‌کاری امکانپذیر است. با آسیاب‌کاری مخلوط پودری آلومینیوم و روی به تدریج محلول فوق اشباع از روی در آلومینیوم تشکیل می‌شود. با کاهش اندازه دانه‌های کریستالی زمینه، عنصر روی از ساختار پس زده می‌شود و این امر باعث کاهش سختی در این آلیاژ می‌شود. با خروج روی از ساختار آلومینیوم در حین آسیاب‌کاری مقدار روی حل شده در ساختار به اندازه تعادلی خود می‌رسد. با انجام عملیات حرارتی در 500 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه اندازه دانه‌های کریستالی آلیاژ آلومینیوم- روی نانوکریستال ، به دلیل حضور روی در مرز دانه‌ها و نقش موثر آن‌ها در کند کردن حرکت مرز دانه‌ها، رشد چندانی نمی‌کند. با آسیاب‌کاری مخلوط استوکیومتری آلومینیوم و اکسید روی به مدت 5 ساعت واکنش بین این دو ماده کامل می‌شود. واکنش بین آلومینیوم و اکسید روی به صورت انفجاری و خود پیشرونده انجام می‌شود. محصول واکنش بین آلومینیوم و اکسید روی، فلز روی با اندازه دانه‌های کریستالی 20 نانومتر و آلومینای آمورف (5 درصد حجمی) می‌باشد. سختی نانوکامپوزیت تولیدی حدود 180 ویکرز می‌باشد که 6 برابر سختی آلومینیوم اولیه مصرفی است. با پرس گرم پودر نانوکامپوزیت تولیدی در دمای 500 درجه سانتیگراد تحت فشار 400 مگاپاسکال نمونه بالکی با دانسیته 99 درصد نسبت به دانسیته تئوری تهیه گردید. در نمونه‌های بالک اتصال کافی بین ذرات پودر برقرار نشده به انجام یک مرحله عملیات حرارتی مناسب نیاز است. نانوکامپوزیت تولیدی پایداری حرارتی خوبی در دماهای کمتر از 400 درجه سانتیگراد از خود نشان می‌دهد. لازم به ذکر است سختی نمونه‌های بالک تولیدی معادل 180 ویکرز و استحکام فشاری معادل 730 مگاپاسکال اندازه‌گیری شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی