Skip to main content
SUPERVISOR
Gholamreza Aryanpour,Rahmatollah Emadi
غلامرضا آریانپور (استاد راهنما) رحمت اله عمادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Reza Najarian
علیرضا نجاریان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
Aluminum Matrix Composites (AMCs) are important group of advanced engineering materials. The properties of the composites are influenced by the chemical nature of the components, morphology of particles, their spatial distribution and interface interaction. The high volume fraction of a fine and thermally stable reinforcement yields good mechanical properties of the composite. These materials have developed in many industrial fields such as aerodynamic and military application, because of their particular properties. Composites usually are fabricated from matrix phase and reinforcement phase. Among the industrial metals, aluminum and its alloys dedicated the most applications as the matrix in composites to itself; it has high strength to weight ratio and suitable ductility. In this study, it was fabricated the aluminum matrix composite with hybrid reinforcement particles of Al 2 O 3 /Al 3 Ni by in situ process in liquid state. The in situ fabrication technology for processing the MMCs involves a chemical reaction resulting in the formation of fine, uniformly distributed and relatively stable reinforcements with clean interfaces. NiO powder and ball milled NiO powder with different particle size through several stages was injected into the aluminum melt by inert gas Argon to be occurred the aluminothermic reaction and to be achieved the in situ hybrid reinforcements in the matrix (Al+XAl+MO?XAl+Al 2 O 3 +M). In order to increase possibility of in situ reaction, the melt was stirred by a mechanical stirrer. During the experiment, it was emitted a bright yellow from the furnace. This can be an evidence to occur of the in situ aluminothermic reaction. The synthesis temperature of the reaction between aluminum and nickel oxide was predicted on the basis of Al-Ni binary phase diagram and the activation energy of this reaction was determined using thermodynamical data and equations. The DTA result shows that the initiation temperature of reaction is 670°C. The composite slurry founded into the metallic mould after injecting NiO powder to the melt. Occurring in situ reaction between NiO particles and melt of aluminum leads to NiO reduction by aluminum. Also released Ni reacts with melt of aluminum that is led to fabrication of metallic compound Al 3 Ni. This compound also acts as reinforcement in the aluminum matrix. In order to characterization of fabricated composite samples, the optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Spectroscopy Dispersive Analysis (EDS) was used. EDS results show that alumina particles have been distributed in the matrix. Also, the formation of Al 3 Ni phase is identified by microscopic observation. Performing the experiment in higher temperatures show that the wetability of NiO particles is enhanced with increasing the temperature. Also some mechanical tests such as tensile test, hardness test, and micro hardness were carried out in order to characterize of hybrid particle reinforcements effects. The study of properties of fabricated composite samples shows that the tensile strength and hardness of these samples increases and their elongation decreases. Keywords AMCs, aluminothermic reaction, in situ process, hybrid reinforcement particles, wetability, alumina.
کامپوزیت‌های زمینه فلزی دسته‌ای از مواد پیشرفته مهندسی به شمار می‌روند که به دلیل خواص منحصر بفرد، کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف پیدا نموده‌اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت کننده که معمولاً سرامیکی می‌باشد تشکیل می‌شوند. از بین فلزات صنعتی متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل ویژگی‌هایی همچون نسبت استحکام به وزن بالا و انعطاف پذیری مطلوب، بیشترین کاربرد را به عنوان زمینه کامپوزیت به خود اختصاص داده‌اند به گونه‌ای که امروزه کامپوزیت‌های زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده متنوعی تولید می‌شوند. در این پژوهش نوعی کامپوزیت زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده هیبریدی Al 2 O 3 /Al 3 Ni از طریق فرایند درجا (in situ) در حالت مذاب به روش ریخته گری اغتشاشی تولید شد. به منظور انجام واکنش آ لومینوترمی و تولید ذرات تقویت کننده درجا در زمینه، پودر اکسید نیکل به وسیله گاز خنثی آرگون به مذاب آلومینیم تزریق شد. با استفاده از روابط ترمودینامیکی، دمای واکنش آلومینیم و اکسید نیکل و انرژی اکتیواسیون این واکنش تعیین شد. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که دمای شروع واکنش حدود 670 درجه سانتیگراد می‌باشد. پس از تزریق پودر به عمق مذاب و هم زدن آن به وسیله همزن مکانیکی به منظور انجام واکنش آلومینوترمی و همگن سازی ذرات تقویت کننده به وجود آمده در مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل در درون یک قالب فلزی منجمد شد. وقوع واکنش درجا بین ذرات اکسید نیکل و آلومینیم باعث احیاء ذرات اکسید نیکل توسط آلومینیمو آزاد شدن نیکل و به دنبال آن اکسید شدن آلومینیم و تشکیل ذرات آلومینا در زمینه می‌شود که این ذرات به عنوان ذرات تقویت کننده عمل می‌کنند. از سوی دیگر نیکل احیاء شده با آلومینیم مذاب واکنش داده و ترکیب بین فلزی Al 3 Ni تشکیل می‌گردد که این فاز نیز نقش تقویت کننده در زمینه را ایفا می‌نماید. جهت مشخصه یابی نمونه‌های کامپوزیتی تولیدشده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز ریزساختار به کمک تفرق اشعه ایکس (EDS) استفاده شد. پس از بررسی ریزساختار نمونه‌ها معلوم گردید که ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده‌اند. همچنین تشکیل ذرات تقویت کننده Al 3 Ni در مشاهدات میکروسکوپی کاملاً مشخص می‌باشد. همچنین انجام آزمایش در دمای بالاتر نشان داد که با افزایش دما قابلیت ترشوندگی ذرات توسط مذاب بهبود می‌یابد. کاهش اندازه ذرات نیز باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل می‌شود. بررسی خواص مکانیکی نمونه‌های کامپوزیتی نشان داد که برای تمامی شرایط، استحکام کششی و سختی نمونه‌های کامپوزیتی نسبت به آلومینیم خالص افزایش و درصد ازدیاد طول آنها کاهش یافت. کلمات کلیدی :کامپوزیت زمینه آلومینیم، واکنش آلومینوترمی، ریخته گری اغتشاشی، ذرات تقویت کننده هیبریدی، واکنش درجا، قابلیت ترشوندگی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی