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

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
چکيده فوم‌هاي فلزي حفره بسته در سال هاي اخير مورد توجه بسيار قرار گرفته و به خصوص در سبک سازي سازه هاي با استحکام مخصوص بالا استفاده شده اند. خواص اين فوم ها به ويژگي هاي آلياژ زمينه، چگالي نسبي فوم، شکل و اندازه حفره ها، ويژگي هاي مواد فضاساز و عيوب ساختاري آنها وابسته است. در اين پژوهش ساخت و مشخصه يابي فوم حفره بسته ترکيبي از جنس آلياژ Al-4.5wt%Cu به روش فلزخوراني با استفاده از فضاساز کره هاي توخالي سراميکي مورد توجه قرار گرفت. بدين منظور ابتدا مذاب آلياژ مورد نظر به روش فلزخوراني تحت فشار گاز در پيش شکل هاي ساخته شده از کره هاي توخالي سراميکي از جنس آلومينا با قطرهاي متفاوت در بازه 2-5 ميلي متر رخنه داده شد و تاثير پارامترهاي دماي مذاب، فشار گاز، مقدار آلياژ، قطر کره هاي سراميکي و ايجاد شيار در کف شمش آلياژ بر ميزان رخنه دهي مذاب و عيوب ساختاري فوم هاي ساخته شده بررسي شد. بر اساس نتايج به دست آمده دماي 725 درجه سانتي گراد و فشار 5/1 بار به عنوان مقادير مناسب براي توليد فوم حفره بسته انتخاب شدند. اعمال فشار مناسب براي پاره کردن پوسته اکسيدي دور شمش آلياژ و غلبه بر مقاومت به نفوذ پيش شکل سراميکي و استفاده از دماي مذاب مناسب براي سياليت کافي مذاب جهت رخنه در پيش شکل سراميکي ضروري است. دما و فشار کمتر موجب عدم رخنه دهي يا رخنه دهي ناقص مذاب، و دما و فشار بيشتر موجب افزايش احتمال ايجاد عيوب ساختاري ديگر و افزايش مصرف انرژي مي شود. مقدار آلياژ استفاده شده نقش موثري بر توليد فوم سالم با حداقل تعداد کره هاي سراميکي پر شده با مذاب داشت. همچنين مشخص شد ايجاد شيار در شمش تأثير قابل توجهي در فرايند فلزخوراني ندارد. بيشترين درصد حجمي ذرات فضاساز و به تبع آن کمترين چگالي، به ترتيب برابر با حدود 76 درصد و 6/1 گرم بر سانتي متر مکعب، براي کره هايي با قطر ميانگين حدود 4 ميلي متر (بزرگترين کره هاي استفاده شده) به دست آمد. بيشترين استحکام تسليم فشاري و مقدار جذب انرژي به ترتيب برابر با حدود 40 مگاپاسکال و 19 کيلوژول بر متر مکعب براي فوم ساخته شده با کره هاي سراميکي با قطر ميانگين حدود 2 ميلي متر (کوچکترين کره هاي استفاده شده) و با 63 درصد حجمي ذرات فضاساز به دست آمد. نتايج آزمون سختي سنجي نشان داد که وجود کره هاي سراميکي در زمينه فلزي اثر قابل توجهي بر سختي زمينه فلزي نداشت. مقدار سختي در ناحيه فصل مشترک زمينه-کره هاي سراميکي حدود 59 ويکرز بود. کلمات کليدي : فوم حفره بسته آلومينيوم-مس، کره هاي توخالي سراميکي، فلزخوراني، چگالي، خواص مکانيکي .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی