Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seid hadi Abdollahi
سيدهادي عبدالهي

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Development of hybrid surface nanocomposite based of Al-Ni-O ternary system on AZ31 magnesium alloy surface by friction stir processing and evaluation of its formation mechanism
In this research, in-situ surface nano-composites based on Mg-Al/Ni and Mg-Al/Ni-O alloying systems were produced on AZ31 plate by friction stir processing (FSP). Then, microstructural, hardness, tensile and wear properties of these specimens were investigated. For this purpose, Ni and NiO powders were placed into surface grooves and then FSP were done. In order to optimize the FSP parameters such as rotation speed and FSP passes, microstructural analyses and microhardness test were done. The result of microstructural observations on FSPed specimen without Ni and NiO powders indicated that by increasing number of FSP passes, grain size decreased from 25 µm in base metal to 7.5 and 3 µm after 1 and 5 pass process. Also, characterization of Mg-Al/Ni nanocomposite microstructure indicated that during 1 pass, reinforced particles were non-uniform in the matrix. So that in this state, Ni powder was cold welding and formed coarse Ni particle in the matrix. By increasing FSP passes, coarse Ni particles were crushed, so that after 5 passes, more uniform distribution of reinforcement particles were observed in the matrix. XRD and EDS analysis were performed to detect created phases during in-situ reaction between matrix and Ni powder. Results showed that in Mg-Al/Ni composite that produced during 1 pass FSP, Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 intermetallic compounds were formed. By increasing FSP passes the amount of Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 reduced and AlNi and MgNi 2 intermetallic compounds were formed instead of Mg 2 Ni and Al 3 Ni 2 compounds. The microstructure of surface nanocomposite in Mg-Al/Ni-O alloying system indicated that during 3-pass FSP, uniform distributions of reinforcement particles obtained. Also, XRD pattern of this specimen indicated that at the first stage of FSP, reaction between Mg and NiO started and MgO and Ni were formed in the microstructure. Finally by increasing FSP passes Ni reacted with available aluminum in the matrix, therefore Al-Ni intermetallic compounds were formed. The hardness of base metal, Mg-Al/Ni and Mg-Al/NiO were 56, 106 and 140 Hv, respectively. The tensile test results indicated that ultimate tensile stress of base metal and Mg-Al/Ni-O composite were 226 and 320 MPa, respectively. Additionally, wear test analysis indicated that wear resistance of Mg-Al/NiO surface composite is much better than for base metal. Keywords: Insitu nano-composite, magnesium, Nikel, Nikel Oxide, Friction Stir Processing
چکيده در اين پژوهش، با استفاده از فرايند اصطکاکي اغتشاشي (FSP)، نانوکامپوزيت هاي سطحي بر پايه عناصر موجود در سيستم هاي آلياژي Mg-Al/Ni و Mg-Al/Ni-O به صورت درجا بر سطح آلياژ منيزيم AZ31 ايجاد و تحولات ريزساختاري، سختي، خواص مکانيکي و سايشي آن‌ها مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت. بدين منظور ابتدا با ايجاد شياري بر سطح آلياژ منيزيم AZ31 و اعمال پودرهاي نيکل و اکسيد نيکل به درون شيار، فرايند اصطکاکي اغتشاشي انجام گرفت و سپس پارامترهاي بهينه فرايند نظير سرعت چرخشي و تعداد پاس هاي فرايند طي بررسي هاي ريزساختاري و سختي سنجي بدست آمد. نتايج بررسي هاي ريزساختاري بر روي نمونه هاي خام بدون ذرات تقويت کننده نشان داد که با افزايش تعداد پاس هاي فرايند، ميانگين اندازه دانه فلز پايه از 25 ميکرون به حدود 5/7 و 3 ميکرون پس از يک و پنج پاس فرايند مي رسد. همچنين بررسي هاي ريزساختاري براي نمونه نانوکامپوزيتي بر پايه Mg-Al/Ni نشان داد که پس از يک پاس فرايند، توزيع غيريکنواختي از ذرات تقويت کننده در زمينه ايجاد شد، به گونه‌اي که در اين شرايط ذرات نيکل، جوش سرد خورده و به صورت يک ذره بزرگ و کشيده در زمينه توزيع شده اند. با افزايش تعداد پاس هاي فرايند اصطکاکي اغتشاشي ذرات بزرگ نيکل ايجاد شده در پاس هاي قبلي به علت اغتشاش شديد حين فرايند خرد شده، به گونه‌اي که پس از پنج پاس فرايند توزيع کاملاً يکنواختي از ذرات تقويت کننده در زمينه مشاهده گرديد. به منظور تعيين فازهاي موجود در ساختار کامپوزيت حاصله از آناليز پراش پرتو ايکس (XRD) و طيف سنج اشعه ايکس (EDS) استفاده شد. بررسي ها نشان دادند که در آغاز فرايند اصطکاکي اغتشاشي (پاس اول)، ترکيبات Mg 2 Ni و Al 3 Ni 2 اولين فازهاي تشکيل شده از واکنش درجا ميان عناصر موجود در سيستم آلياژي Mg-Al/Ni بود. با اعمال پاس هاي بعدي فرايند بر روي نمونه ها، از مقدار ترکيبات ايجاد شده در آغاز فرايند کاسته شده و ترکيبات بين فلزي AlNi و MgNi 2 جايگزين آن‌ها شدند. از طرف ديگر نتايج بررسي هاي ريزساختاري پيرامون نانوکامپوزيت سطحي ايجاد شده در سيستم آلياژي Mg-Al/NiO نشان داد که پس از سه پاس فرايند، توزيع کاملاً يکنواختي از تقويت کننده ها در زمينه ايجاد شد. همچنين بررسي هاي پراش پرتو ايکس بر روي اين نمونه ها نشان داد که از همان آغاز فرايند، احياي اکسيد نيکل توسط منيزيم زمينه انجام شده و اکسيد منيزيم و نيکل فلزي در زمينه ايجاد شده است. در ادامه اتم هاي نيکل فلزي با آلومينيوم موجود در زمينه به دليل نيروي محرکه ترموديناميکي بالاتر نسبت به منيزيم واکنش داده و ترکيبات بين فلزي بر پايه Al-Ni در زمينه تشکيل گرديد. نتايج اندازه گيري سختي بر روي نمونه هاي فلز پايه، نانوکامپوزيت هاي سطحي بر پايه Mg-Al/Ni پس از پنج پاس و Mg-Al/NiO پس از سه پاس به ترتيب، 56، 106 و 140 ويکرز بدست آمد. نتايج آزمون کشش نشان داد که استحکام کشش نهايي از مقدار 223 مگا پاسکال براي فلز پايه به حدود 320 مگا پاسکال براي نانوکامپوزيت سطحي بر پايه Mg-Al/NiO افزايش يافت. بررسي نتايج سايش گوياي رفتار سايشي مناسب تر نمونه نانوکامپوزيتي در مقايسه با فلز پايه است. کلمات کليدي: 1- نانوکامپوزيت درجا 2- منيزيم 3- نيکل 4- اکسيد نيکل 5- فرايند اصطکاکي اغتشاشي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی