Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yousef Mazaheri Roudbali
یوسف مظاهری رودبالی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Development of Al356/Al2O3 surface nanocomposite by friction stir processing and evolution of its tribological behavior
In this research, development of Al356/Al 2 O 3 surface nanocomposite by friction stir processing (FSP) method was investigated. For this purpose, first tool shape and geometry and FSP parameters were optimized by examining the samples prepared at a variety of process parameters microstructurally using both optical and scanning electron microscopy. The optimum value of tool rotation rate, traverse speed and the suitable tilt of the spindle towards trailing direction were found 1600rpm, 200mm/min and 2?, respectively. Then Al356/Al 2 O 3 composite powders were prepared by mechanical milling of Al356 chips and 5vol. % micro and nanoscaled alumina particles. The milled powders were used as feedstock to deposit composite coatings on Al356-T6 substrate using high velocity oxy-fuel (HVOF) process. Finally the aluminum plates with preplaced composite layers were subjected to FSP. With the optimized tool design and processing parameters, composite layers of ~5mm, with well distributed particles and a good bonding with the aluminum substrates, was generated. X-ray diffractometery, optical and scanning electron microscopy, microhardness, nanoindentation and wear tests were used to characterize the composite powders, coatings and surface composites. Friction stir processing of Al356 resulted in the significant breakup of coarse acicular Si particles and coarse primary aluminum dendrites, the closure of casting porosities, and the uniform distribution of broken Si particles having an average size of 5–10 ?m and an average aspect ratio of ~2 in the aluminum matrix. Results indicated that, the presence of Al 2 O 3 in matrix can improve the mechanical properties of specimens. The mechanical performances of nanoparticle reinforced composites were far superior to those of microparticle strengthened composites with a similar volume content of particulate. It was found that the hardness and elastic modulus of surface nanocomposite were about 110Hv and 86GPa. Surface composites revealed low friction coefficients and wear rates, which were significantly lower than those obtained for substrate. The wear mass loss of the base metal, FSP, surface micro and nanocomposite specimens after 500m sliding distance were 50.5mg, 55.6mg, 31mg and 17.2mg, respectively. Scanning electron microscopy tests revealed different wear mechanisms on the surface of the warn test specimens.
در این پژوهش لایه‌های سطحی کامپوزیتی حاوی ذرات میکرو و نانومتری Al 2 O 3 با استفاده از فرایند اصطکاکی- اغتشاشی بر زیر‌لایه آلیاژ آلومینیوم A356 ایجاد ‌گردید. بدین منظور در ابتدا ابزار مورد نیاز در این روش، طراحی و ساخته شد و پس از آن پارامترهای مختلف نظیر هندسه ابزار، سرعت پیشروی و سرعت دوران ابزار و تأثیر آن‌ها بر ریزساختار منطقه فرایند شده مورد بررسی قرار گرفت. پس از بررسی‌های انجام شده ترکیب پارامتری rpm1600= ? ، mm/min200= V و?2= ? به عنوان شرایط بهینه فرایند برای ادامه تحقیق در نظر گرفته شد. در ادامه سعی شد تا ذرات تقویت کننده در قالب کامپوزیت از پیش تهیه‌شده به صورت غیر‌مستقیم به سیستم اضافه شود و از به هم چسبیدن ذرات تقویت کننده که موجب کاهش کارایی آن‌ها می‌شود جلوگیری گردد. بنابر‌این پس از تولید مقدار کافی پودر کامپوزیتی توسط فرایند آسیاب‌کاری، ذرات پودر با روش پاشش حرارتی HVOF بر روی زیرلایه Al356-T6 پاشیده شد. پس از ایجاد پوشش بر روی قطعات، فرایند اصطکاکی- اغتشاشی به گونه‌ای اعمال شد که کامپوزیت سطحی تا عمق 5 میلیمتری توسعه یابد. جهت بررسی ریزساختار حاصل از فرایند اصطکاکی– اغتشاشی، بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات پودرهای مواد اولیه و محصولات تولیدی، ارزیابی ریزساختار پوشش و نانوکامپوزیت سطحی Al356/Al 2 O 3 از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. آنالیز فازی پودر‌های اولیه و کامپوزیتی توسط الگو‌های پراش پرتو ایکس انجام گرفت. ارزیابی خواص نمونه‌های اولیه، فرایند ‌شده و کامپوزیتی توسط سختی‌سنجی، آزمایش نانوایندنتور و آزمون سایش صورت پذیرفت. اعمال فرایند اصطکاکی- اغتشاشی بر روی آلیاژ Al356، منجر به خرد شدن قابل ملاحظه تیغه‌های سوزنی شکل درشت سیلیسیم و دندریت‌های درشت اولیه آلومینیوم، بسته‌ شدن تخلخل‌های ریختگی و توزیع یکنواخت ذرات ریز سیلیسیم با اندازه متوسط حدود 5 تا 10 میکرومتر و نسبت طول به عرض حدود 2، در زمینه آلومینیوم شد. خواص مکانیکی نمونه‌های کامپوزیت سطحی، در مقایسه با آلیاژ زیر‌لایه و نمونه فرایند شده به نحو چشمگیری توسعه یافت. افزایش خواص کامپوزیت‌های سطحی تقویت شده با ذرات نانومتری آلومینا بیشتر بود به گونه‌ای که سختی و مدول الاستیک نانوکامپوزیت تولیدی به ترتیب تا حدود 110 ویکرز و 86 گیگا پاسکال افزایش یافت. نتایج انجام آزمون سایش بر روی نمونه‌های مختلف، رفتار سایشی مناسب‌تر نمونه‌ نانوکامپوزیتی را در مقایسه با نمونه‌های دیگر نشان داد به طوری که بعد از 500 متر لغزش کاهش جرم فلز پایه mg5/50، نمونه فرایند شده بدون ذرات تقویت کننده mg6/55، میکروکامپوزیت سطحی mg31 و نانوکامپوزیت سطحی mg2/17 بود. بررسی سطوح و ذرات سایش نمونه‌ها مکانیزم‌های سایش متفاوت را نشان داد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی