Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad,Hamidreza Salimi jazi,Morteza Shamanian esfahani
محمدرضا طرقی نژاد (استاد مشاور) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mona Yarahmadi
منا یاراحمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Joining of Al / AI2O3 nanostructured metal matrix composite by Transient Liquid Phase
Todays, nano-structure aluminum matrix composites are widely used in many industrial applications due to their superior properties such as high strength to weight ratio. However, joining problems of these composite materials is a challenge which limits their applications. Mechanism of a nanostructured sheet of metal-matrix composite of Al/Al 2 O 3 reinforced by micro metric alumina particles was investigated. Transient liquid phase (TLP) diffusion bonding method was used as the joining and the effects bonding temperature and time on the joint properties were investigated. Nanostructured sheet samples of Al/5wt.% Al 2 O 3 were produced by accumulative roll bonding (ARB) and a thin interlayer of pure copper was deposited on one side joining surface by electro-deposition technique. Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate the structure of sheet components, bonded interfaces and joint fracture surfaces at different conditions. X-ray diffraction patterns were utilizied to investigate the aluminum crystallite size in the nanostructured sheet components. The average size of grain was about 92 nm. Then were no significant changes in the crystallite size during TLP bonding. Consternation of alumina particles, micro-cracks and porosity were found in the joint areas that were filled from ?-Al solid phase and fine CuAl 2 precipitated particles. The filled areas increased as the joint temperature increase. It is due to a higher amount of the molten material produced during joining. Moreover, the amount of CuAl 2 precipitated particles reduced as the joining temperature increased, resulting in reduction of the hardness of the ?-Al solid phase in the joint area. The shear strength of the bonded joints was also evaluated using a tension test system. The maximum shear strength (82% of the base metal shear strength) was achieved at the bonding temperature of 590°C and process duration of 30 minutes. Analysis of the fractured surfaces showed plastic deformation, shear dimples and partially ductile failure. Some alumina particles were observed on the fractured surface. At low joining temperatures, the joint strength improved by incresing bonding time, whiles at high joining temperatures, the joint strength decreased due to reduction of CuAl 2 particles in the ?-Al solid phase. Keywords : Nanostructur
امروزه کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی به‌دلیل دارا بودن خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی در صنایعی که به‌نوعی نیاز به مواد سبک و در عین حال مستحکم دارند، به‌طور وسیعی کاربرد یافته‌اند. این خواص مطلوب در کامپوزیت‌های با ساختار نانو بسیار چشمگیرتر و شاخص تر است. در تحقیق حاضر فرایند اتصال نمونه های ورق آلیاژی نانوساختار از ورق های آلیاژی آلومینیوم تقویت شده با ذرات میکرومتری آلومینا، به‌روش فاز مایع گذرا مورد ارزیابی قرار گرفت. تأثیر پارامترهای دما و زمان بر روی خواص اتصال بررسی شد. برای این ‌منظور ابتدا ورق آلیاژی نانوساختار Al /5 wt.% Al 2 O 3 با ‌استفاده از فرایند اتصال نورد تجمعی و پس از 11 پاس نورد، بدست آمد. در ادامه با لایه‌نشانی فلز مس به‌ عنوان لایه واسطه، اتصال این قطعات به‌روش فاز مایع گذرا انجام شد. به‌منظور بررسی‌های ریز‌ساختاری ورق آلیاژی نانوساختار، ارزیابی خواص درز اتصال و سطوح شکست اتصال‌ها از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. جهت بررسی اندازه دانه‌های آلومینیوم زمینه در ورق آلیاژی نانوساختار پس از نورد تجمعی، از الگوی پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج نشان داد که ورق آلیاژی نانوساختار حاصله اندازه دانه‌هایی در حدود 92 نانو‌متر دارد و در طول اتصال فاز مایع گذرا‌ ثابت ماند و رشد دانه‌ها به طور محسوس صورت نگرفت. در حوالی درز تمام اتصال‌ها، ترکیبات بین فلزی سخت، تجمع ذرات آلومینا، میکرو‌ترک و حفراتی دیده شد که با فاز جامد ?–Al پرشده‌اند و در درون آن‌ها ذرات پراکنده و ریز CuAl 2 مشاهده شد. با افزایش دمای اتصال، به‌دلیل افزایش حجم مذاب ایجاد شده در درز، سطح وسیع‌تری از درز اتصال، میکرو‌ترک وحفرات توسط مذاب پر شد. از‌طرفی ریزساختار اتصال‌های انجام شده در دماهای بالاتر حاوی ذرات کمتری از رسوب نسبت به ریزساختار اتصال‌های انجام شده در دماهای پایین‌تر می‌باشد، همین عامل نیز موجب کاهش سختی فاز جامد Al-? با افزایش دمای اتصال شد. در دمای اتصال 590 درجه‌ی سانتی‌گراد، با افزایش زمان اتصال استحکام اتصال‌ها افزایش می‌یابد طوری که حداکثر استحکام برشی در همین دما و زمان اتصال 30 دقیقه، در‌حدود 82 در‌صد استحکام برشی فلز پایه بدست آمد. سطوح شکست بررسی شده، دیمپل‌های برشی و نرم و تغییرشکل پلاستیک را نشان داد که بعضاً در انتهای آن‌ها ذراتآلومینادیده می‌شود. در دماهای اتصال پایین با افزایش زمان، استحکام اتصالات افزایش یافت. در دماهای اتصال بالاتر که انجماد هم‌دما کامل شد، افزایش زمان موجب کاهش مقدار مس و کاهش ذرات رسوبی در زمینه‌ی نرم فاز جامد ?-Al شد و در نتیجه استحکام اتصال‌ها کاهش یافت. کلمات کلیدی: نانوساختار، فازمایع گذرا، لایه واسطه، نورد تجمعی، انجماد هم‌دما.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی