Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad,Hamidreza Salimi jazi,Morteza Shamanian esfahani
محمدرضا طرقي نژاد (استاد مشاور) حميدرضا سليمي جزي (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mona Yarahmadi
منا ياراحمدي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Joining of Al / AI2O3 nanostructured metal matrix composite by Transient Liquid Phase
Todays, nano-structure aluminum matrix composites are widely used in many industrial applications due to their superior properties such as high strength to weight ratio. However, joining problems of these composite materials is a challenge which limits their applications. Mechanism of a nanostructured sheet of metal-matrix composite of Al/Al 2 O 3 reinforced by micro metric alumina particles was investigated. Transient liquid phase (TLP) diffusion bonding method was used as the joining and the effects bonding temperature and time on the joint properties were investigated. Nanostructured sheet samples of Al/5wt.% Al 2 O 3 were produced by accumulative roll bonding (ARB) and a thin interlayer of pure copper was deposited on one side joining surface by electro-deposition technique. Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate the structure of sheet components, bonded interfaces and joint fracture surfaces at different conditions. X-ray diffraction patterns were utilizied to investigate the aluminum crystallite size in the nanostructured sheet components. The average size of grain was about 92 nm. Then were no significant changes in the crystallite size during TLP bonding. Consternation of alumina particles, micro-cracks and porosity were found in the joint areas that were filled from ?-Al solid phase and fine CuAl 2 precipitated particles. The filled areas increased as the joint temperature increase. It is due to a higher amount of the molten material produced during joining. Moreover, the amount of CuAl 2 precipitated particles reduced as the joining temperature increased, resulting in reduction of the hardness of the ?-Al solid phase in the joint area. The shear strength of the bonded joints was also evaluated using a tension test system. The maximum shear strength (82% of the base metal shear strength) was achieved at the bonding temperature of 590°C and process duration of 30 minutes. Analysis of the fractured surfaces showed plastic deformation, shear dimples and partially ductile failure. Some alumina particles were observed on the fractured surface. At low joining temperatures, the joint strength improved by incresing bonding time, whiles at high joining temperatures, the joint strength decreased due to reduction of CuAl 2 particles in the ?-Al solid phase. Keywords : Nanostructur
چکيده امروزه کامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي به‌دليل دارا بودن خواص مطلوب فيزيکي و مکانيکي در صنايعي که به‌نوعي نياز به مواد سبک و در عين حال مستحکم دارند، به‌طور وسيعي کاربرد يافته‌اند. اين خواص مطلوب در کامپوزيت‌هاي با ساختار نانو بسيار چشمگيرتر و شاخص تر است. در تحقيق حاضر فرايند اتصال نمونه هاي ورق آلياژي نانوساختار از ورق هاي آلياژي آلومينيوم تقويت شده با ذرات ميکرومتري آلومينا، به‌روش فاز مايع گذرا مورد ارزيابي قرار گرفت. تأثير پارامترهاي دما و زمان بر روي خواص اتصال بررسي شد. براي اين ‌منظور ابتدا ورق آلياژي نانوساختار Al /5 wt.% Al 2 O 3 با ‌استفاده از فرايند اتصال نورد تجمعي و پس از 11 پاس نورد، بدست آمد. در ادامه با لايه‌نشاني فلز مس به‌ عنوان لايه واسطه، اتصال اين قطعات به‌روش فاز مايع گذرا انجام شد. به‌منظور بررسي‌هاي ريز‌ساختاري ورق آلياژي نانوساختار، ارزيابي خواص درز اتصال و سطوح شکست اتصال‌ها از ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي استفاده شد. جهت بررسي اندازه دانه‌هاي آلومينيوم زمينه در ورق آلياژي نانوساختار پس از نورد تجمعي، از الگوي پراش پرتو ايکس استفاده شد. نتايج نشان داد که ورق آلياژي نانوساختار حاصله اندازه دانه‌هايي در حدود 92 نانو‌متر دارد و در طول اتصال فاز مايع گذرا‌ ثابت ماند و رشد دانه‌ها به طور محسوس صورت نگرفت. در حوالي درز تمام اتصال‌ها، ترکيبات بين فلزي سخت، تجمع ذرات آلومينا، ميکرو‌ترک و حفراتي ديده شد که با فاز جامد ?–Al پرشده‌اند و در درون آن‌ها ذرات پراکنده و ريز CuAl 2 مشاهده شد. با افزايش دماي اتصال، به‌دليل افزايش حجم مذاب ايجاد شده در درز، سطح وسيع‌تري از درز اتصال، ميکرو‌ترک وحفرات توسط مذاب پر شد. از‌طرفي ريزساختار اتصال‌هاي انجام شده در دماهاي بالاتر حاوي ذرات کمتري از رسوب نسبت به ريزساختار اتصال‌هاي انجام شده در دماهاي پايين‌تر مي‌باشد، همين عامل نيز موجب کاهش سختي فاز جامد Al-? با افزايش دماي اتصال شد. در دماي اتصال 590 درجه‌ي سانتي‌گراد، با افزايش زمان اتصال استحکام اتصال‌ها افزايش مي‌يابد طوري که حداکثر استحکام برشي در همين دما و زمان اتصال 30 دقيقه، در‌حدود 82 در‌صد استحکام برشي فلز پايه بدست آمد. سطوح شکست بررسي شده، ديمپل‌هاي برشي و نرم و تغييرشکل پلاستيک را نشان داد که بعضاً در انتهاي آن‌ها ذراتآلوميناديده مي‌شود. در دماهاي اتصال پايين با افزايش زمان، استحکام اتصالات افزايش يافت. در دماهاي اتصال بالاتر که انجماد هم‌دما کامل شد، افزايش زمان موجب کاهش مقدار مس و کاهش ذرات رسوبي در زمينه‌ي نرم فاز جامد ?-Al شد و در نتيجه استحکام اتصال‌ها کاهش يافت. کلمات کليدي: نانوساختار، فازمايع گذرا، لايه واسطه، نورد تجمعي، انجماد هم‌دما.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی