Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyedeh zahra Anvari
سیده زهرا انوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Development of Al-Al3V and Al-(Al3V-Al2O3) Nanocomposites for High Temperature Applications
The aim of this study was to produce bulk Al-10 wt.%Al 3 V And Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) nanocomposites and to investigate the high temperature properties of samples. The structural characteristic of powder particles and consolidated samples were studied by X-ray diffraction (XRD), scaning electron microscopy (SEM), differential thermal analysis (DTA), and transmission electron microscopy (TEM). Mechanical properties and wear behavior of extruded samples at room and high temperature was evaluated. In order to study the creep behavior of samples, creep tests were performed at 250-350°C. The results showed that MA of Al 75 V 25 powder mixture leads to formation of amorphous phase after 40 h. After heat treatment of mechanically alloyed powder at 600°C for 1h, Al 3 V was formed. Al 3 V -Al 2 O 3 reinforcements was produced through a mechanochemical reaction of Al and V 2 O 5 . In order to produce nanocomposite powders, Al 3 V and Al 3 V-Al 2 O 3 reinforcements powders were added to the pure Al powders and milled for 5h. The prepared nanocomposite powders were consolidated by hot extrusion. The average Al grains in the as milled powder was measured to be 40 nm which increased to 50 nm after hot extrusion. The result showed that Al-10 wt.%Al 3 V And Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) nanocomposites have tensile strength of 209 and 226 MPa, repectively. In addition, mechanical properties at high temperatures showed no drastical decrease up to 300°C. The creep test showed significant curvature in plots of the minimum creep rate vs stress, leading to high values for the apparent stress exponent and the apparent activation energy for creep. By introducing a threshold stress into the analysis, it was demonstrated that the true stress exponent, n, was close to 5 which suggests that the creep is controlled by a dislocation climb process. The results of wear test showed a lower wear rate for nanocomposies in contrast to the nanostructure pure Al. Dominate wear mechanism of nanocomposites was recognized to be formation of mechanically mixed layer (MML) on the worn surfaces. Comparison of wear behavior of the Al-10 wt.%Al 3 V and Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) samples showed that Al-10 wt.%Al 3 V sample at different temperatures and for different loads has less wear rate than the Al-10 wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) sample. due to the weaker bond strength between Al 2 O 3 particles and aluminum matrix. Keywords: Aluminium matrix nanocomposite, Mechanical alloying, Hot extrusion, Creep, Wear.
در این پژوهش کامپوزیت های نانوساختار زمینه آلومینیم حاوی تقویت کننده‌های Al 3 V و Al 3 V-Al 2 O 3 با کمک فرایند آلیاژسازی مکانیکی، پرس سرد و اکستروژن گرم با موفقیت ساخته شد و ساختار میکروسکوپی، پایداری حرارتی، خواص سایشی و خواص مکانیکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا ذرات تقویت کننده Al 3 V به دو روش مستقیم از عناصر سازنده و به صورت غیر مستقیم از احیاء مکانوشیمیایی اکسید وانادیم توسط آلومینیم با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی تولید شد. جهت تهیه پودر کامپوزیتی زمینه آلومینیمی مخلوط پودرآلومینوم و پودر ذرات تقویت‌کننده تحت فرایند آسیاب‌کاری قرار گرفت. پودر کامپوزیت‌های حاصل از آلیاژسازی مکانیکی، با استفاده از فرآیند پرس سرد متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای موجود در پودر قطعات تولید شده از پراش پرتوی ایکس(XRD) استفاده شد. مرفولوژی و ریزساختار ذرات پودر و نمونه‌های اکسترود شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) جهت مطالعه ریز ساختار نمونه‌ها استفاده شد. خواص مکانیکی و خواص سایشی قطعات تولید شده در دمای محیط و دمای بالا مطالعه شد. همچنین رفتار خزشی نمونه‌ها در محدوده دمایی 250 تا 350 درجه سانتی‌گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد انجام آلیاژسازی مکانیکی پودرهای آلومینیم و وانادیم منجر به تولید ساختار آمورف شد. در ادامه با انجام عملیات حرارتی فاز آمورف به فاز کریستالی Al 3 V استحاله یافت. سنتز تقویت‌کننده تری آلومیناید وانادیم از طریق انجام واکنش مکانوشیمیایی بین آلومینیم و اکسید وانادیم در حین آلیاژسازی مکانیکی صورت پذیرفت. پس از تهیه آلومیناید تک فاز Al 3 V و مجموعه Al 3 V-Al 2 O 3 به عنوان محصولات مرحله اول و دوم، ذرات پودری مذکور به پودر آلومینیم خالص افزوده شد و پس از آسیاب‌کاری به مدت زمان مناسب پودر نانوکامپوزیتی حاوی تک تقویت کننده (Al 3 V) و دو تقویت کننده (Al 3 V-Al 2 O 3 ) سنتز شد. سپس این پودر جهت ساخت قطعات بالک تحت پرس سرد و سپس اکستروژن گرم قرار گرفت. انجام آزمایش کشش نشان داد که قطعات اکسترود شده نانوکامپوزیتAl-10wt.%Al 3 V و Al-10wt.%(Al 3 V-Al 2 O 3 ) دارای استحکام کششی به ترتیب 209 و 226 مگاپاسکال در دمای محیط می‌باشند. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدی در دمای بالا تا دمای 300 درجه سانتی‌گراد کاهش قابل توجهی نداشت. حضور ذرات تقویت کننده با انتقال بار از زمینه به تقویت کننده باعث حفظ استحکام دمای بالای کامپوزیت‌ها شد. در بررسی رفتار خزشی کامپوزیت‌های تولید شده مشاهده شد که توان تنش ظاهری که به شدت به دما و تنش وابسته است بزرگتر از 5 بدست آمد. همچنین انرژی فعال سازی ظاهری محاسبه شده بزرگتر از انرژی فعال سازی نفوذ خودی در آلومینیم بود. رفتار خزشی کامپوزیت ها همرا ه با تنش آستانه بود که با افزایش دما کاهش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که لایه مخلوط شده مکانیکی تشکیل شده بر روی سطوح سایش نمونه‌های کامپوزیتی به دلیل سختی بالا که ناشی ازحضور اکسیدهای آهن وآلومینیم است باعث بهبود مقاومت سایشی نمونه‌های کامپوزیتی در مقایسه با نمونه آلومینیم خالص می‌شود. بررسی سطوح سایش نمونه های کامپوزتی در دمای بالا نیز تشکیل لایه مخلوط شده مکانیکی را تایید کرد. همچنین در مقایسه نرخ سایش نمونه‌های کامپوزیتی مشاهده شد که در دماهای مختلف و در تمامی بارهای اعمالی نرخ سایش نمونه حاوی ذرات تقویت کننده دوتایی (Al 3 V و Al 2 O 3 ) بیشتر از نمونه حاوی تک تقویت کننده (Al 3 V) است. کلمات کلیدی: کامپوزیت های نانو ساختار، اکستروژن گرم، خزش، سایش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی