Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahsa Hosseini
مهسا حسینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Closed cell metal foams have attracted a lot of attentions in recent years and have especially been used in light weight high specific strength structures. Properties of these foams depend on the characteristics of the base alloy, the relative density of the foam, the shape and size of the cells, the properties of the space holder materials and their structural defects. In this research, fabrication and characterization of syntactic closed cell Al-4.5wt%Cu alloy foam by infiltration method using ceramic hollow sphere space holder was considered. For this purpose, first the molten alloy was infiltrated in preforms made of alumina hollow spheres of different average diameters (2-5 mm) through a gas pressure infiltration method. The effects of infiltration temperature and pressure, amount of alloy, diameter of the ceramic spheres and grooving at the bottom of the ingots on the melt penetration and structural defects of the fabricated foams were investigated. Based on the results, 725 °C and 1.5 bar were selected as the suitable infiltration temperature and pressure for fabrication of closed cell foams. The selected pressure was the threshold pressure for breaking the oxide shell around the alloy ingot and overcoming the penetration resistance of the ceramic preform. The selected temperature was also the threshold temperature providing sufficient fluidity for the melt to penetrate into the ceramic preform. Lower temperatures and pressures would cause incomplete infiltration, and higher temperatures and pressures would increase the probability of formation of other structural defects and increase the energy consumption. The amount of alloy used had a significant effect on the number of filled ceramic spheres in the fully penetrated foams. It was also found that grooving of the ingots had no significant effect on the infiltration process. The highest volume percentage of the space holder obtained and, consequently, the lowest foam density achieved, were about 76% and 1.6 g/cm 3 , respectively, for ceramic spheres with an average diameter of about 4 mm (the largest ceramic spheres used). The highest compressive strength and energy absorption of about 40 MPa and 19 kJ/m 3 were obtained for the foam made with the smallest ceramic spheres (average diameter of about 2 mm) which had 63 volume percent of ceramic space holder. Hardness tests showed that presence of ceramic spheres did not have a significant effect on the hardness of the metal matrix. The hardness around the ceramic-metal interface was about 59 Vickers. Keywords : Al-Cu closed cell foam, Ceramic hollow spheres, Infiltration, Density, Mechanical Properties
فوم‌های فلزی حفره بسته در سال های اخیر مورد توجه بسیار قرار گرفته و به خصوص در سبک سازی سازه های با استحکام مخصوص بالا استفاده شده اند. خواص این فوم ها به ویژگی های آلیاژ زمینه، چگالی نسبی فوم، شکل و اندازه حفره ها، ویژگی های مواد فضاساز و عیوب ساختاری آنها وابسته است. در این پژوهش ساخت و مشخصه یابی فوم حفره بسته ترکیبی از جنس آلیاژ Al-4.5wt%Cu به روش فلزخورانی با استفاده از فضاساز کره های توخالی سرامیکی مورد توجه قرار گرفت. بدین منظور ابتدا مذاب آلیاژ مورد نظر به روش فلزخورانی تحت فشار گاز در پیش شکل های ساخته شده از کره های توخالی سرامیکی از جنس آلومینا با قطرهای متفاوت در بازه 2-5 میلی متر رخنه داده شد و تاثیر پارامترهای دمای مذاب، فشار گاز، مقدار آلیاژ، قطر کره های سرامیکی و ایجاد شیار در کف شمش آلیاژ بر میزان رخنه دهی مذاب و عیوب ساختاری فوم های ساخته شده بررسی شد. بر اساس نتایج به دست آمده دمای 725 درجه سانتی گراد و فشار 5/1 بار به عنوان مقادیر مناسب برای تولید فوم حفره بسته انتخاب شدند. اعمال فشار مناسب برای پاره کردن پوسته اکسیدی دور شمش آلیاژ و غلبه بر مقاومت به نفوذ پیش شکل سرامیکی و استفاده از دمای مذاب مناسب برای سیالیت کافی مذاب جهت رخنه در پیش شکل سرامیکی ضروری است. دما و فشار کمتر موجب عدم رخنه دهی یا رخنه دهی ناقص مذاب، و دما و فشار بیشتر موجب افزایش احتمال ایجاد عیوب ساختاری دیگر و افزایش مصرف انرژی می شود. مقدار آلیاژ استفاده شده نقش موثری بر تولید فوم سالم با حداقل تعداد کره های سرامیکی پر شده با مذاب داشت. همچنین مشخص شد ایجاد شیار در شمش تأثیر قابل توجهی در فرایند فلزخورانی ندارد. بیشترین درصد حجمی ذرات فضاساز و به تبع آن کمترین چگالی، به ترتیب برابر با حدود 76 درصد و 6/1 گرم بر سانتی متر مکعب، برای کره هایی با قطر میانگین حدود 4 میلی متر (بزرگترین کره های استفاده شده) به دست آمد. بیشترین استحکام تسلیم فشاری و مقدار جذب انرژی به ترتیب برابر با حدود 40 مگاپاسکال و 19 کیلوژول بر متر مکعب برای فوم ساخته شده با کره های سرامیکی با قطر میانگین حدود 2 میلی متر (کوچکترین کره های استفاده شده) و با 63 درصد حجمی ذرات فضاساز به دست آمد. نتایج آزمون سختی سنجی نشان داد که وجود کره های سرامیکی در زمینه فلزی اثر قابل توجهی بر سختی زمینه فلزی نداشت. مقدار سختی در ناحیه فصل مشترک زمینه-کره های سرامیکی حدود 59 ویکرز بود. کلمات کلیدی : فوم حفره بسته آلومینیوم-مس، کره های توخالی سرامیکی، فلزخورانی، چگالی، خواص مکانیکی .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی