Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Ashrafi,Morteza Shamanian esfahani,Ali Maleki
علی اشرفی (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) علی مالکی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Vahid Gholipour
وحید قلی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fabrication and Characterization of Nanoclay Reinforced Al Matrix Composite and Evaluation of its Transient Liquid Phase Bonded Joint
Nowadays, aluminum composites possess remarkable engineering importance due to their suitable properties. But, because of the welding limitation of these materials, their use has been limited. Aluminum nanocomposites are always more expensive than conventional materials in the industry. Due to the abundance and cheapness of the montmorillonite nanoclay, these particles were used as reinforcing particles in this study. Metallurgy powder and extrusion process was performed for producing of the Al composite sample containing of 0%, 1%, 2%, 6%, and 10% nanoclay. Due to the importance of the aluminum composites bonding, the optimum specimen was joined by transient liquid phase and it is properties have been investigated. Optical and scanning electron microscopes were used for microstructural studies. phase investigation was performed by X-ray diffraction and EDS. Also, mechanical evaluation including tensile and compressive tests, micro and macro-hardness were performed. The results showed that the montmorillonite nanoclay causes to improvement of the nanocomposites mechanical properties by mechanisms such as Orowan and thermal expansion mismatch between reinforcement and Al matrix. Ultimate tensile strengths were increased about 31%, 46%, 62%, and 95% for the composite samples with 1%, 2%, 6%, and 10% nanoclay, respectively. Investigations shows that the experimental yield strength of composite specimens was less than the theoretical yield strength. The reason for this was the presence of porosities, agglomeration phenomenon, and the existence of assumptions in equations. The composite sample with 2% nanoclay was selected as the optimum sample which showed an increase of 63%, 42% and 53% for hardness, tensile and compressive strength, respectively. By adding the nanoclay to the Al matrix, the complete ductile fracture mechanism changed to the shear ductile fracture. The results of the transient liquid phase bonding of the Al-2% nanoclay composite revealed that the concentration of the reinforcements were presenting in the center joint area which it became more homogeneous with increasing the bonding time. Phases investigation shows that Al(?), CuAl 2 , and Si was formed in the bonded area. The copper diffusion to the was approximately 600 µm in each side of the base metal that causes to increasing the hardness of this area from about 60 HVN to 90 HVN. The maximum bonding shear strength of the samples was achieved about 89% of the parent metal for the TLP bonded specimen for 180 min. Key words Aluminum matrix composite,montmorillonite nanoclay, Transient liquid phase(TLP), mechanical properties.
امروزه آلیاژهای کامپوزیتی زمینه آلومینیومی به دلیل خواص مطلوبشان از جایگاه ویژه‌ایی در صنعت برخوردار هستند؛ اما، به‌دلیل چالش‌های اتصال‌دهی این مواد، استفاده از آنها دچار محدودیت هایی شده است. نانوکامپوزیت های زمینه آلومینیومی همواره گران تر از مواد معمول مورد استفاده در صنعت بوده اند. به دلیل فراوانی و ارزان بودن نانو رس مونت موریلونیت، در این پژوهش، از این ذرات به‌عنوان ذرات تقویت‌کننده استفاده شد و روش متالورژی پودر و اکستروژن به‌منظور تولید نانوکامپوزیت مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی با درصدهای وزنی 0، 1، 2، 6 و 10 نانو رس ساخته شد و خواص آن مورد مطالعه قرار گرفت. به‌دلیل اهمیت اتصال دهی کامپوزیت ها زمینه آلومینیومی، بهینه ترین نمونه تحت فرایند اتصال فاز مایع گذرا قرار گرفت و خواص آن بررسی شد. از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی برای بررسی های ریزساختاری استفاده شد. آنالیز فازی توسط پراش پرتو ایکس و آنالیز عنصری انجام گرفت. همچنین بررسی های مکانیکی مشتمل بر آزمون های کشش و فشار، میکرو و ماکروسختی نیز انجام شد. نتایج نشان داد که نانو رس مونت موریلونیت سبب بهبود خواص مکانیکی آلومینیوم به‌واسطه مکانیز هایی همچون اروان و اختلاف ضریب انبساط حرارتی زمینه و ذرات تقویت‌کننده می گردد؛ به‌گونه‌ای که سبب افزایش استحکام کششی نهایی به‌میزان 31، 42، 62 و 95 درصد، به‌ترتیب برای کامپوزیت های با 1، 2، 6 و 10 درصد نانو رس شد. بررسی ها نشان داد که استحکام تسلیم نمونه های کامپوزیتی کمتر از استحکام تسلیم تئوری محاسبه شده است. علت این موضوع وجود تخلخل ها، آگلومره شدن ذرات و وجود فرضیات در معادلات بود. نمونه کامپوزیتی با 2 درصد نانو رس، به‌عنوان نمونه بهینه انتخاب گردید که به‌ترتیب افزایشی برابر با 63، 42 و 53 درصد در سختی، استحکام کششی و استحکام فشاری از خود نشان داد. سطح شکست نمونه های کامپوزتی نشان داد که با افزایش میزان نانو رس در زمینه، مکانیزم شکست از شکست کاملا نرم به شکست نرم برشی تغییر می‌یابد. نتایج حاصل از اتصال فاز مایع گذرا کامپوزیت آلومینیوم-2‌% نانو رس نیز نشان داد که در مرکز اتصال تجمعی از ذرات تقویت‌کننده پدید می‌آید که با افزایش زمان همگن تر می گردد. بررسی های فازی نشان داد که در ناحیه اتصال فازهای آلومینیوم آلفا، CuAl 2 و مقداری فاز سیلیسیم تشکیل شده است. نفوذ مس به زمینه آلومینیومی در حدود 600 میکرون در هر طرف فلز پایه بود که سبب افزایش سختی این ناحیه از حدود 60 ویکرز به 90 ویکرز شد. بیشترین میزان استحکام برشی اتصال فاز مایع گذرا مربوط به نمونه اتصال داده شده به مدت 180 دقیقه به میزان 89 درصد فلز پایه حاصل شد. کلمات کلیدی: کامپوزیت زمینه آلومینیوم، نانو رس مونت موریلونیت، اتصال فاز مایع گذرا (TLP)، سختی، خواص مکانیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی