Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Mohammad sharifi
احسان محمدشريفي

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Fabrication of Bulk Al/B4C Nanocomposites by Ball Milling and Hot Pressing and Evaluation of their Wear Behavior
Aluminum matrix composites are important applicable materials for automotive and aerospace industries. Lightweight, environmental resistance, high specific strength and stiffness, good wear resistance and high thermal and electrical conductivity are characteristics that promote research and development to extend their applications by further improvement in the properties. Ceramic particles are the most widely used materials for reinforcement of aluminum alloys. Boron carbide (B 4 C) is one of the most promising ceramic materials due to its attractive properties, including high strength, high melting point (2450 ° C), low density (2.52 g/cm 3 ), extremely high hardness (the third hardest material after diamond and boron nitride), good chemical stability and neutron absorption capability. The combination of these properties makes it an interesting candidate for neutron absorption materials, wear resistant materials, electrode materials and cutting tools. In addition to many uses of sintered shapes, particulate B 4 C has been used as reinforcement for metal and ceramic matrix composites for increasing wear resistance. More recently, Considerable attention has been paid to Al-B 4 C composites. In this study, aluminum matrix nanocomposite reinforced by boron carbide nanoparticles was produced using mechanical milling and hot pressing methods. For fabrication of this nanocomposite two general paths were considered. First path involved insitu formation of B 4 C nanoparticles in Al matrix by ball milling of Al-B-C powder mixtures. The second path included two ste preparation of B 4 C nanoparticles by mechanochemical route and then ball milling of B 4 C with pure Al powder to obtain Al–B 4 C nanocomposite. In order to produce of B 4 C nanoparticles, various routs such as milling of elemental B-C mixture, carbothermic reduction of boron oxide (B 2 O 3 ), aluminuthermic and magnesiothermic reduction of B 2 O 3 in the presence of carbon were investigated. Morphological and structural changes of powders during mechanical milling were examined using scanning electron microscopy (SEM) observations and X-ray diffraction (XRD) analysis. Results showed that ball milling of Al-B-C powder mixture did not yield B 4 C in Al matrix even after long milling time. Subsequent heat treatment of this mixture led to the formation of undesirable phases. In mechanochemical route only magnesiothermic reduction of B 2 O 3 in the presence of carbon led to the formation of B 4 C phase. XRD analysis and transmission electron microscopy (TEM) observations confirmed that magnesiothermally synthesized B 4 C had nanometer size ranging from 10 to 80 nm. The prepared B 4 C nanoparticles wer
در اين پژوهش نانوکامپوزيت زمينه آلومينيومي تقويت شده با نانو‌ذرات کاربيد‌بور با روش آسياب کاري مکانيکي و پرس‌گرم توليد و بهينه سازي شد‌. براي توليد اين نانو‌کامپوزيت دو مسير کلي مدنظر قرار گرفت‌. در مسير اول سعي شد تا به کمک فرايند مکانو‌شيميايي و آسياب‌کاري مخلوط آلومينيوم- بور- کربن‌، ذرات کاربيد‌بور به صورت درجا در زمينه آلومينيوم تشکيل شود‌. در مسير دوم سعي شد تا ابتدا نانو‌ذرات کاربيد‌بور در يک فرايند جداگانه توليد و سپس به زمينه آلومينيومي افزوده شده و مخلوط حاصل جهت توليد پودر نانو‌کامپوزيتي تحت عمليات آسياب‌کاري قرار گيرد‌. براي توليد نانو‌ذرات کاربيد‌بور چندين روش از جمله آسياب‌کاري مخلوط بور و کربن‌، احياي کربوترميک اکسيد‌بور‌، احياي آلومينيوترميک و نيز احياي منيزيوترميک اکسيد‌بور در حضور گرافيت مد نظر قرار گرفت‌. تغييرات مورفولوژيکي و ساختاري مخلوط‌هاي پودري فوق در حين آسياب کاري با استفاده از مشاهدات ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و آناليز پراش پرتوي ايکس (XRD) ارزيابي شد‌. نتايج نشان داد که آسياب‌کاري مخلوط پودري آلومينيوم- بور- کربن‌ حتي در زمان‌هاي طولاني آسياب‌کاري منجر به توليد فاز کاربيد‌بور به صورت درجا در زمينه آلومينيوم نمي‌شود و در جريان عمليات حرارتي بعدي نيز تنها يک سري فازهاي ناخواسته ناشي از انجام واکنش بين اجزاي اين مخلوط پودري تشکيل مي‌شوند. همچنين از ميان چهار روشي که براي توليد نانو‌ذرات کاربيد‌بور مد نظر قرار گرفته بود‌، تنها روش احياي منيزيوترميک اکسيد‌بور در حضور گرافيت منجر به توليد موفقيت آميز اين نانو‌ذرات شد‌. نتايج آزمون پراش پرتو ايکس‌ و مشاهدات ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) نشان داد که مي‌توان با انجام عمليات ليچينگ مناسب بر روي محصول فرايند منيزيوترميک‌، نانو‌ذرات کاربيد‌بور با خلوص بسيار بالا و اندازه‌اي در گستره 10 تا 80 نانومتر توليد کرد‌. نانو‌ذرات کاربيد‌بور توليد شده به عنوان فاز تقويت‌کننده در درصدهاي وزني مختلف با پودر آلومينيوم مخلوط شده و براي توليد پودر نانو‌کامپوزيتي تحت عمليات آسياب‌کاري قرار گرفتند‌. نتايج آزمون پراش پرتو ايکس‌، محاسبه اندازه دانه‌هاي آلومينيوم توسط روش ويليامسون- هال و اندازه‌گيري ميکروسختي مخلوط پودري مذکور پس از ساعات مختلف آسياب‌کاري نشان داد که مدت زمان 5 ساعت آسياب‌کاري براي توليد پودر نانوکامپوزتي زمينه آلومينيومي با اندازه دانه حدود 50 نانومتر کافي است‌. لذا پودرهاي نانوکامپوزيتي حاوي 5‌، 10 و 15 درصد وزني فاز تقويت‌کننده براي توليد قطعات بالک به روش پرس‌گرم مورد استفاده قرار گرفت‌. اندازه‌گيري چگالي و محاسبه اندازه دانه آلومينيوم پس از فرايند پرس‌گرم نشان‌دهنده موفقيت آميز بودن اين روش در توليد قطعات بالک نانو‌کامپوزيتي بود‌. از آزمون‌هاي سختي سنجي و فشار جهت بررسي خواص مکانيکي نانوکامپوزيت ها استفاده شد‌. خواص سايشي نانوکامپوزيت ها (‌‌نظير نرخ سايش‌، ضرايب اصطکاک و مکانيزم هاي سايش‌‌) نيز با استفاده از آزمون سايش پين- ديسک در بارهاي اعمالي مختلف بررسي شد‌. نتايج نشان داد با افزودن 15 درصد وزني نانو‌ذرات کاربيد‌بور‌، چگالي نسبي کامپوزيت ها در مقدار 98%~ ثابت باقي مانده و مقدار سختي از HV 33 براي آلومينيوم خالص به HV 164 افزايش يافت‌. استحکام فشاري نمونه حاوي 15 درصد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی