Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fereshte Adel Mehraban
فرشته عادل مهربان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Development of surface nanocomposite in Al-Ni-O ternary system on Al6061 alloy surface by friction stir processing and evaluation of its properties
: In this research two aluminum matrix surface nanocomposites were produced on the surface of Al6061-T6 plate via friction stir processing and their characterizations were investigated. One of them included Al 3 Ni intermetallic compound as reinforcement phase and the other included Al 3 Ni and Al 2 O 3 . To produce Al/Al 3 Ni anocomposite two routes were developed. In the first one, a groove with 2 mm depth was filled by Ni powder. In order to prevent the Ni from being displaced out of the groove, surface repair was accomplished with a modified FSP tool that only had a shoulder and no pin. Then FSP carried out on the surface of sample. In the second route Ni powder was flame sprayed on the surface of Al6061 alloy and then friction stir processing carried out on the surface of the sample. X-ray diffraction pattern showed that Ni powder reacted with aluminum substrate and produced Al 3 Ni as reinforcement phase in both samples. Reaction between aluminum and Ni occurred in the first FSP pass, but it was continued up to 5 passes for more reaction and higher hardness. In all experiments, tool rotation rate, traverse speed and tilt of the spindle towards trailing direction were kept constant as 630 rpm, 100 mm/min and 2 0 , respectively. Microhardness measurements showed the same results for both methods. So, to produce Al/Al 3 Ni-Al 2 O 3 , the first technique was employed but NiO powder was used instead of Ni powder. XRD results showed that NiO powder reacted with aluminum substrate and Al 3 Ni and Al 2 O 3 were produced as reinforcements. Microstractural examination was done using both scanning and transmission electron microscopies. Mechanical properties of samples were characterized by microhardness, tension and hot wear tests. Because of T6 condition of Al6061 samples, microhardness and ultimate tension strength of nanocomposite samples decreased, but hot wear test results indicated improvement of wear behavior of both nanocomposites at 400 0 C. Scanning electron microscopy was used for more accurate examination of fracture and wear surfaces. Keywords : Aluminum matrix nanocomposite, Friction stir processing, Al-Ni intermetallic compounds, Hardness, Wear.
چکيده در پژوهش حاضر با استفاده از فرايند اصطکاکي- اغتشاشي (FSP) دو نوع کامپوزيت سطحي Al/Al 3 Ni و Al/Al 3 Ni-Al 2 O 3 به صورت درجا بر سطح آلياژ Al6061 ايجاد و خواص مکانيکي، رفتار تربيولوژيکي و نيز تغييرات ساختاري آن بررسي شد. به منظور ايجاد کامپوزيت سطحي Al/Al 3 Ni از دو روش متفاوت استفاده شد. درروش اول شياري به عمق mm 2 ايجاد و با پودر نيکل پر شد و پس از بستن شيار توسط فرايند اصطکاکي- اغتشاشي با ابزار بدون پين، نمونه تحت FSP قرار گرفت. در روش دوم، پودر نيکل بر سطح آلياژ Al6061 پاشش شعله اي شد و سپس فرايند اصطکاکي- اغتشاشي بر سطح نمونه انجام شد. نتايج تفرق اشعه ي ايکس (XRD) در هر دو نمونه نشان داد که نيکل با آلومينيوم واکنش کرده و ذرات Al 3 Ni را به عنوان تقويت کننده در زمينه اي از آلومينيوم تشکيل مي‌دهد. با اين که واکنش ميان آلومينيوم و نيکل از همان پاس اول انجام شد ولي به منظور انجام بيشتر واکنش و نيز دسترسي به سختي بالاتر، فرايند اصطکاکي- اغتشاشي تا پنج پاس انجام شد. اندازه گيري ريز سختي ناحيه ي اغتشاش نيز در هر دو روش نتايج مشابهي را در بر داشت. به همين دليل، به منظور تهيه ي نانوکامپوزيت سطحي Al/Al 3 Ni-Al 2 O 3 تنها از روش ايجاد شيار، يعني روش اول استفاده شد، با اين تفاوت که به جاي پودر نيکل از پودر اکسيد نيکل استفاده شد. در همه‌ي روش ها، سرعت چرخش ابزار rpm 630، سرعت پيشروي ابزار mm/min 100 و زاويه ي ابزار نسبت به محور قائم 0 2 انخاب شد. نتايج XRD از سطح نمونه هاي FSP شده نشان داد که ذرات اکسيد نيکل با زمينه ي آلومينيومي وارد واکنش شده و دو نوع تقويت کننده ي Al 3 Ni و Al 2 O 3 را در زمينه اي از آلومينيوم بوجود مي‌آورد. بررسي هاي ريزساختاري در ناحيه ي اغتشاش با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) انجام شد. به منظور بررسي خواص مکانيکي نمونه ها، از آزمون هاي ريزسختي سنجي، کشش و سايش دما بالا استفاده شد. به علت شرايط T6 اوليه، ريزسختي و استحکام کششي نهايي نمونه هاي نانوکامپوزيتي نسبت به فلز پايه کاهش يافت. نتايج آزمون سايش دماي بالا حاکي از بهبود قابل ملاحظه ي نمونه هاي نانوکامپوزيتي نسبت به آلياژ پايه و يا آلياژ پايه ي FSPشده بود. به منظور بررسي دقيق نتايج آزمون کشش و سايش، سطوح شکست وسطوح مورد سايش توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي بررسي شد. کلمات کليدي: نانوکامپوزيت زمينه آلومينيومي، فرايند اصطکاکي- اغتشاشي، ترکيبات بين فلزي Al-Ni، سختي، سايش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی