Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Tavoosi
مجيد طاووسي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Fabrication and characterization of Al-Zn/Al2O3 nanocomposite by mechanical alloying and hot pressing
In this study fabrication and characterization of alumina particles reinforced aluminum based metal matrix nanocomposite by mechanical alloying and hot pressing was investigated. Aluminum and zinc oxide powders mixture milled by a planetary ball mill and hot pressing the samples at 400 and 500 ? C under 400 MPa led to fully dense bulk Al-13.4wt%Zn/5vol%Al 2 O 3 nanocomposite. The structural evaluation milled and annealed powders studied by x-ray diffraction, SEM observation and hardness measurement. The aluminum crystallite size estimated with broadening of XRD peaks by Williamson-Hall formula. The results showed that milling of aluminum and zinc-oxide for 60h led to displacement reaction of the zinc-oxide and aluminum to produce Zn and Al 2 O 3 phases. The milled powder had a microstructure consisting of nanosized Al 2 O 3 particles in an Al-Zn solid solution with a nanoscale grain size of 40nm. The zinc oxide was found to be reacted with Al through a rapid self-sustaining combustion reaction process in stoichiometric composition. As a result a zinc matrix composite reinforced by Al 2 O 3 particulate was formed. The results showed that in early stage of milling the solubility limit of Zn in Al is extended compared to equilibrium value. It was also observed that the lattice parameter of the Al matrix in the as-milled powder decreased as a function of the content. However, after longer milling times, decomposition of Zn supersaturated (Al) solid solution appeared to occur leading to an increase of Al lattice parameter. In this state, softening due to the decomposition of the supersaturated solid solution dominates over the work hardening and grain refinement effects reducing the hardness of as-milled powder.
چکيده آلياژهاي آلومينيوم به دليل دارا بودن خصوصياتي نظير دانسيته پايين، نسبت استحکام به وزن بالا و داکتيليته عالي در بسياري از صنايع به ويژه صنايع هوا-فضا، نظامي و خودرو کاربرد گسترده‌اي پيدا کرده‌اند. مشکل اصلي آلياژهاي آلومينيوم رفتار تريبولوژيکي ضعيف و پايداري حرارتي کم آن‌ها مي‌باشد. حضور ذرات سراميکي تقويت کننده نانومتري در ساختار مي‌تواند با ايجاد مانع بر سرحرکت نابجايي‌ها، اين آلياژها را براي کاربردهاي سايشي و دماي بالا مناسب سازد. در اين پژوهش توليد آلياژهاي نانو کريستال Al-Zn و نانوکامپوزيت با زمينه آلياژ Al-Zn حاوي ذرات Al 2 O 3 نانومتري مورد بررسي قرار گرفت. فرآيند توليد با آلياژسازي مکانيکي پودر آلومينيوم به همراه اکسيد روي و در برخي آزمايش‌‌ها به همراه روي انجام شد. بررسي‌هاي فازي با پراش پرتو ايکس و بررسي‌هاي ميکروساختاري توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي و عبوري (TEM و SEM) صورت گرفت. نتايج بررسي‌‌ها حاکي از آن است که کاهش اندازه دانه‌هاي کريستالي آلومينيوم خالص تا 50 نانومتر با 20 ساعت آسياب‌کاري امکانپذير است. با آسياب‌کاري مخلوط پودري آلومينيوم و روي به تدريج محلول فوق اشباع از روي در آلومينيوم تشکيل مي‌شود. با کاهش اندازه دانه‌هاي کريستالي زمينه، عنصر روي از ساختار پس زده مي‌شود و اين امر باعث کاهش سختي در اين آلياژ مي‌شود. با خروج روي از ساختار آلومينيوم در حين آسياب‌کاري مقدار روي حل شده در ساختار به اندازه تعادلي خود مي‌رسد. با انجام عمليات حرارتي در 500 درجه سانتيگراد به مدت 30 دقيقه اندازه دانه‌هاي کريستالي آلياژ آلومينيوم- روي نانوکريستال ، به دليل حضور روي در مرز دانه‌ها و نقش موثر آن‌ها در کند کردن حرکت مرز دانه‌ها، رشد چنداني نمي‌کند. با آسياب‌کاري مخلوط استوکيومتري آلومينيوم و اکسيد روي به مدت 5 ساعت واکنش بين اين دو ماده کامل مي‌شود. واکنش بين آلومينيوم و اکسيد روي به صورت انفجاري و خود پيشرونده انجام مي‌شود. محصول واکنش بين آلومينيوم و اکسيد روي، فلز روي با اندازه دانه‌هاي کريستالي 20 نانومتر و آلوميناي آمورف (5 درصد حجمي) مي‌باشد. سختي نانوکامپوزيت توليدي حدود 180 ويکرز مي‌باشد که 6 برابر سختي آلومينيوم اوليه مصرفي است. با پرس گرم پودر نانوکامپوزيت توليدي در دماي 500 درجه سانتيگراد تحت فشار 400 مگاپاسکال نمونه بالکي با دانسيته 99 درصد نسبت به دانسيته تئوري تهيه گرديد. در نمونه‌هاي بالک اتصال کافي بين ذرات پودر برقرار نشده به انجام يک مرحله عمليات حرارتي مناسب نياز است. نانوکامپوزيت توليدي پايداري حرارتي خوبي در دماهاي کمتر از 400 درجه سانتيگراد از خود نشان مي‌دهد. لازم به ذکر است سختي نمونه‌هاي بالک توليدي معادل 180 ويکرز و استحکام فشاري معادل 730 مگاپاسکال اندازه‌گيري شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی