SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Hamidreza Salimi jazi
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد مشاور)
STUDENT
Vahid Omranidizajyekan
وحید عمرانی دیزج یکان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Fabrication of in-situ Al-Cu/Al2O3 composite coating on the surface of aluminum base alloy by using green sand casting method
Surface composite reinforced with reactive process in-situ Al 2 O 3 particles fabricated through reduction reaction between melt aluminum alloy and CuO powder that coated to internal wall of the sand mold on the both of group casting alloys, pure aluminum and aluminum-11.2% silisum. Fabricated in-situ particles due to have not impurity in the interface of particle-matrix, have the good wet ability and coherent with the matrix in addition of increasing mechanical properties in the in situ composite rather than composite reinforced with the ex-situ Al 2 O 3 particles, to be taken improvement and increasing rate of nucleation from molten phase. In addition of the fabrication Al 2 O 3 in-situ reinforcement, a part of reduced copper inter the aluminum structure and with the composition of Al-Cu alloy in the surface of the as-cast, the surface of casting have treatment ability whereas internal sections of as-cast have not heat treatment ability. Whit age-hardening heat treatment on the condition of 535°C at 100 minutes for solid solution and 190°C at 8 hours for aging, CuAl 2 inter metallic precipitated beside the Al 2 O 3 particles, wear resistance of fabricated surface composite on the surface of Al-11.2%Si increased but in the pure Al as-cast sample is not improved. But reasonable to reduced the deep of valleys and wear particles in the both of alloy casting. The thickness of the composite layer on the surface of Al and Al-Si alloys was 50 and 75?m, respectively. Microscopic observation of worn surface for pure Al that casted in sand mold which coated with the CuO powder shows that with fabrication surface composite adhesive wear transform to mix of abrasive and adhesive wear. But for Al-11.2%Si alloy fabrication surface composite don’t change wear mechanism and the basic wear mechanism is delamination. Direct and alternative electric current used during the casting and solidification. The positive electrode connected to the metal mold and the negative electrode connected to the molten. Modification micro structure in the grain of Al and Si due to apply electric current during casting and with increasing strengths of the matrix, wear resistance increase for both alloy casting. Highest wear resistance make in the direct electric current and for alternative electric current, wear resistance is proportion to the intensity of electric current. Changing location of the electrodes in the pure Al don’t make sensible effect on the wear resistance but for Al-11.2%Si highest wear resistance is when the molten connected to the negative electrode and mold connected to the positive electrode. Apply direct electric current modified Al and Si grains and in the Al-11.2%Si alloy make three different micro structure that contain elongated Si near the negative electrode, fine Si grains in the intermediate section that the spherical Al-? surround them and comminute Si grains near positive electrode. Apply electric current in addition of modification micro structure cause increasing wear resistance of both pure Al and Al-11.2%Si that casted in the coated sand molds with CuO powders. At this condition wear particles is fin than the wear particles of pure Al and Al-11.2%Si that casted in sand molds which have not coating and the deep of valley in the worn surface is decrease. Key words Surface composite, in-situ particle, reactive process, age-hardening, wear resistance, electric current, modification micro structure
کامپوزیت سطحی پایه آلومینیم تقویت شده با ذرات درجای کوراندوم به روش واکنشگر از طریق واکنش احیاء میان مذاب آلیاژ آلومینیم و پودر اکسید مس دو ظرفیتی که به صورت لایه پوششی به جداره داخلی قالب ماسه ای اعمال گردیده است، در سطح دو گروه ریختگی آلومینیم خالص و آلیاژ آلومینیم-2/11%سیلسیم تشکیل گردید . ذرات درجای تولید شده به دلیل نبود ناخالصیها در فصل مشترک ذره-زمینه، از ترشوندگی و کوهیرنسی خوب با زمینه برخوردار هستند که علاوه بر ارتقاء خواص مکانیکی در کامپوزیت های درجا نسبت به کامپوزیت های تقویت شده با ذرات برون جای کوراندوم، موجب بهبود و افزایش سرعت جوانه زنی از فاز مذاب می گردد. علاوه بر تشکیل ذرات تقویت کننده درجای کوراندوم، بخشی از مس حاصل از واکنش احیاء وارد شبکه کریستالی آلومینیم شده و با تشکیل آلیاژ آلومینیم-مس در سطح قطعه ریختگی، سطح قطعه قابلیت عملیات حرارتی پیدا نمود در صورتی که قسمت های داخلی تر قطعه ریختگی فاقد عملیات حرارتی پیر سختی می باشند. با اعمال عملیات حرارتی پیر سازی در شرایط 100 دقیقه انحلال در حالت جامد در دمای 535 درجه سانتیگراد و 8 ساعت پیرسازی در دمای 190 درجه سانتیگراد، رسوب ترکیب بین فلزی آلومینات مس از آلیاژ آلومینیم-مس در کنار ذرات کوراندوم، مقاومت سایشی کامپوزیت سطحی تشکیل شده در سطح آلیاژ آلومینیم-2/11%سیلسیم را ارتقاء داده ولی بهبودی در نمونه ریختگی آلومینیم خالص ایجاد نمیکند اما منجر به کاهش عمق شیارها و اندازه ذرات سایشی هر دو گروه آلیاژ ریختگی میگردد. ضخامت لایه کامپوزیتی برای آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم 75 میکرون و برای آلومینیم خالص 100 میکرون میباشد. مشاهدات میکروسکوپی از سطوح سایشی نمونه ریختگی آلومینیم خالص در قالب ماسه ای پوشش داده شد با پودر اکسید مس نشان میدهد که مکانیزم سایش از حالت چسبان به ترکیبی از مکانیزم سایش چسبان و خراشان تبدیل میشود. ولی برای آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم با تشکیل کامپوزیت سطحی تغییری در مکانیزم سایش ایجاد نمیشود و مکانیزم غالب سایش، سایش ورقه ای شدن میباشد. در ادامه اثر جریان الکتریکی بر ریزساختار و مقاومت سایشی نمونه ریختگی آلومینیم خالص و آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم بررسی گردید و در طی ریخته گری و انجماد، جریان الکتریکی مستقیم و متناوب درون نمونه ها اعمال شد. بدین منظور الکترود مثبت به قالب فلزی و الکترود منفی به مذاب متصل گردید. اعمال جریان الکتریکی به مذاب در هنگام ریخته گری موجب اصلاح ریزساختار دانه های آلومینیم و سیلسیم می گردد و با افزایش استحکام زمینه، مقاومت سایشی برای هر دو گروه آلیاژ ریختگی افزایش می یابد. بالاترین مقاومت سایشی در جریان مستقیم به وجود می آید و برای جریان متناوب، مقاومت سایشی متناسب با شدت جریان الکتریکی است. تغییر قطبیت در آلومینیم خالص تغییر محسوسی در مقاومت سایشی ایجاد نمی کند اما برای آلیاژ آلومینیم-2/11%سیلسیم، بالاترین مقاومت سایشی وقتی که مذاب به قطب منفی و قالب به قطب مثبت وصل شده است، حاصل میشود. اعمال جریان الکتریکی مستقیم علاوه بر اینکه موجب اصلاح دانه های آلومینیم و سیلسیم میشود در آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم موجب به وجود آمدن سه ریز ساختار متفاوت میگردد که شامل سیلسیم های کشیده شده در نزدیکی قطب منفی، سیلسیم های ظریف در قسمت میانی که دانه های کروی آلومینیم آلفا را احاطه کرده اند و سیلسیم های خرد شده در نزدیکی قطب مثبت میباشد. اعمال جریان الکتریکی علاوه بر اصلاح ریزساختاری موجب افزایش مقاومت سایشی برای هر دو نمونه ریختگی آلومینیم خالص و آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم در قالب ماسه ای پوشش داده شده با اکسید مس نیز میشود. در این شرایط اندازه ذرات سایشی نسبت به نمونههای ریختگی آلومینیم خالص و آلیاژ آلومینیم-2/11% سیلسیم که در قالب ماسه ای بدون پوشش ریخته گری شدهاند ریزتر میباشد. کلمات کلیدی : کامپوزیت سطحی، ذره درجا، روش واکنشگر، ترشوندگی، پیرسختی، مقاومت سایشی، جریان الکتریکی، اصلاح ریزساختار.