Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Fakhreddin Ashrafizadeh
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
MohammadReza Dehnavi
محمدرضا دهنوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Effects of sequential Ultrasonic Treatment on Mechanical Properties and Microstructural Characteristics of Cast Al413-SiCnp Nanocomposite
Effects of mechanical stirring as well as continuous and sequential (discontinuous) ultrasonic treatments on the microstructure, particles distribution and mechanical properties of cast Al413–SiC np nanocomposites were studied. The results showed that both types of ultrasonic treatments greatly improved the mechanical properties and microstructural characteristics of the produced nanocomposites. Furthermore, the effects of discontinuous ultrasonic treatment were rather more pronounced than those of the continuous treatment. The improvement in the yield strength of Al413–1wt%SiCnp nanocomposites produced by mechanical stirring in comparison with that of the monolithic sample was about 7%. The improvement for the nanocomposites continuously ultrasonic treated for a single 40 min period, or discontinuously ultrasonic treated for two 20 min periods was about 74% and 94%, respectively. The improvement in the mechanical properties was associated with severe refinement of the microstructure, removal of the gas layers on the particles surfaces, effective fragmentation of the agglomerates as well as improved wettability and distribution of the reinforcing particles during solidification. Keywords: Cast Al-SiC np nanocomposite; Ultrasonic treatment; Grain refinement; Mechanical characterization; Nano structured material.
خواص کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی به مقدار زیادی از اندازه، کسر حجمی و توزیع ذرات تقویت کننده و هم‌چنین ماهیت فصل مشترک زمینه و تقویت کننده تبعیت می‌کند. تحقیقات قبلی نشان داده است که خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها باکاهش اندازه‌ ذرات سرامیکی وکاهش اندازه دانه‌های زمینه از میکرومتر به مقیاس نانومتر بهبود می‌یابد. به دلیل ترشوندگی ضعیف بین نانوذرات و فلزات مذاب، وارد کردن و پراکندن ذرات تقویت کننده نانومتری در روش‌های ذوبی دشوار است، ولی تحقیقات نشان داده که استفاده از فراوری اولتراسونیک می‌تواند کمک قابل ملاحظه‌ای در این زمینه بنماید. هدف از این تحقیق، ساخت نانوکامپوزیت ریختگی A413/SiC np به روش ذوبی با استفاده از عملیات اولتراسونیک و مطالعه تاثیر پارامترهای فرایندی و مکانیزم‌های موثر بر خصوصیات ریزساختاری و مکانیکی کامپوزیت‌های حاصله می‌باشد. متغیرهای اصلی فرایند شامل زمان و دمای همزدن مذاب، زمان اِعمال امواج اولتراسونیک، روش اِعمال فرایند اولتراسونیک (پیوسته یا منقطع) و درصد ماده تقویت کننده می‌باشد. به این منظور آلیاژ آلومینیومA413 به‌عنوان زمینه و نانوذرات کاربید سیلیسیم با اندازه متوسط 70 نانومتر به‌عنوان تقویت کننده مورد استفاده قرار گرفت. پس از ذوب آلیاژ زمینه، مواد تقویت کننده به‌وسیله همزدن مکانیکی وارد مذاب گردید. سپس با استفاده از امواج پرانرژی اولتراسونیک، سعی در توزیع این مواد در درون مذاب شد. خصوصیات نمونه‌ها به‌صورت کیفی و کمی ارزیابی شد. بررسی‌های ریزساختاری به‌کمک میکروسکوپ‌های نوری، الکترونی عبوری، الکترونی روبشی، الکترونی روبشی گسیل میدانی و آنالیز فازی و عنصری به ترتیب توسط پراش‌سنج پرتوی اشعه ایکس و طیف نگاری انتشار انرژی انجام شد. خواص مکانیکی از طریق آزمایش‌های سختی سنجی، کشش و برش در دمای محیط و بالا ارزیابی گردید. نتایج حاصل نشان داد که با افزودن نانوذرات تقویت کننده به زمینه ضمن افزایش استحکام تسلیم و کششی نهایی، درصد ازدیاد طول نسبی کاهش می‌یابد.هم‌چنین فراوری اولتراسونیک به جز بهبود قابل توجه توزیع ذرات تقویت کننده در مذاب، از طریق تاثیر براندازه اجزا ساختار و ریز نمودن آن‌ها، باعث بهبود خواص مکانیکی زمینه نیز می‌‌شود. بهینه زمان اعمال اولتراسونیک بازه زمانی 20 الی 40 دقیقه و بهینه درصد تقویت کننده، 5/1 درصد تشخیص داده شد. هم‌چنین مشخص شد که تاثیر فراوری اولتراسونیک منقطع بیشتر از فراوری پیوسته است. سهم مکانیزم‌های مختلف درافزایش استحکام نمونه‌های کامپوزیتی بررسی شد و مشخص گردید که مکانیزم تفاوت ضریب انبساط حرارتی بیشترین سهم را در این زمینه دارد. در این راستا ضرایب رابطه هال- پچ اصلاح شده برای آلیاژ A413 نیز بدست آمد. هم‌چنین حفظ خواص مکانیکی نمونه‌های کامپوزیتی در دمای بالا بهتر از نمونه‌های غیر کامپوزیتی بود. کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت، کاربید سیلیسیم، فراوری اولتراسونیک، توزیع ذرات، خواص مکانیکی، مکانیزم‌های استحکام بخشی، استحکام دمای بالا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی