Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Ashrafi,Morteza Shamanian esfahani,Ali Maleki
علي اشرفي (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) علي مالکي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Vahid Gholipour
وحيد قلي پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fabrication and Characterization of Nanoclay Reinforced Al Matrix Composite and Evaluation of its Transient Liquid Phase Bonded Joint
Nowadays, aluminum composites possess remarkable engineering importance due to their suitable properties. But, because of the welding limitation of these materials, their use has been limited. Aluminum nanocomposites are always more expensive than conventional materials in the industry. Due to the abundance and cheapness of the montmorillonite nanoclay, these particles were used as reinforcing particles in this study. Metallurgy powder and extrusion process was performed for producing of the Al composite sample containing of 0%, 1%, 2%, 6%, and 10% nanoclay. Due to the importance of the aluminum composites bonding, the optimum specimen was joined by transient liquid phase and it is properties have been investigated. Optical and scanning electron microscopes were used for microstructural studies. phase investigation was performed by X-ray diffraction and EDS. Also, mechanical evaluation including tensile and compressive tests, micro and macro-hardness were performed. The results showed that the montmorillonite nanoclay causes to improvement of the nanocomposites mechanical properties by mechanisms such as Orowan and thermal expansion mismatch between reinforcement and Al matrix. Ultimate tensile strengths were increased about 31%, 46%, 62%, and 95% for the composite samples with 1%, 2%, 6%, and 10% nanoclay, respectively. Investigations shows that the experimental yield strength of composite specimens was less than the theoretical yield strength. The reason for this was the presence of porosities, agglomeration phenomenon, and the existence of assumptions in equations. The composite sample with 2% nanoclay was selected as the optimum sample which showed an increase of 63%, 42% and 53% for hardness, tensile and compressive strength, respectively. By adding the nanoclay to the Al matrix, the complete ductile fracture mechanism changed to the shear ductile fracture. The results of the transient liquid phase bonding of the Al-2% nanoclay composite revealed that the concentration of the reinforcements were presenting in the center joint area which it became more homogeneous with increasing the bonding time. Phases investigation shows that Al(?), CuAl 2 , and Si was formed in the bonded area. The copper diffusion to the was approximately 600 µm in each side of the base metal that causes to increasing the hardness of this area from about 60 HVN to 90 HVN. The maximum bonding shear strength of the samples was achieved about 89% of the parent metal for the TLP bonded specimen for 180 min. Key words Aluminum matrix composite,montmorillonite nanoclay, Transient liquid phase(TLP), mechanical properties.
چکيده امروزه آلياژهاي کامپوزيتي زمينه آلومينيومي به دليل خواص مطلوبشان از جايگاه ويژه‌ايي در صنعت برخوردار هستند؛ اما، به‌دليل چالش‌هاي اتصال‌دهي اين مواد، استفاده از آنها دچار محدوديت هايي شده است. نانوکامپوزيت هاي زمينه آلومينيومي همواره گران تر از مواد معمول مورد استفاده در صنعت بوده اند. به دليل فراواني و ارزان بودن نانو رس مونت موريلونيت، در اين پژوهش، از اين ذرات به‌عنوان ذرات تقويت‌کننده استفاده شد و روش متالورژي پودر و اکستروژن به‌منظور توليد نانوکامپوزيت مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزيت زمينه آلومينيومي با درصدهاي وزني 0، 1، 2، 6 و 10 نانو رس ساخته شد و خواص آن مورد مطالعه قرار گرفت. به‌دليل اهميت اتصال دهي کامپوزيت ها زمينه آلومينيومي، بهينه ترين نمونه تحت فرايند اتصال فاز مايع گذرا قرار گرفت و خواص آن بررسي شد. از ميکروسکوپ هاي نوري و الکتروني روبشي براي بررسي هاي ريزساختاري استفاده شد. آناليز فازي توسط پراش پرتو ايکس و آناليز عنصري انجام گرفت. همچنين بررسي هاي مکانيکي مشتمل بر آزمون هاي کشش و فشار، ميکرو و ماکروسختي نيز انجام شد. نتايج نشان داد که نانو رس مونت موريلونيت سبب بهبود خواص مکانيکي آلومينيوم به‌واسطه مکانيز هايي همچون اروان و اختلاف ضريب انبساط حرارتي زمينه و ذرات تقويت‌کننده مي گردد؛ به‌گونه‌اي که سبب افزايش استحکام کششي نهايي به‌ميزان 31، 42، 62 و 95 درصد، به‌ترتيب براي کامپوزيت هاي با 1، 2، 6 و 10 درصد نانو رس شد. بررسي ها نشان داد که استحکام تسليم نمونه هاي کامپوزيتي کمتر از استحکام تسليم تئوري محاسبه شده است. علت اين موضوع وجود تخلخل ها، آگلومره شدن ذرات و وجود فرضيات در معادلات بود. نمونه کامپوزيتي با 2 درصد نانو رس، به‌عنوان نمونه بهينه انتخاب گرديد که به‌ترتيب افزايشي برابر با 63، 42 و 53 درصد در سختي، استحکام کششي و استحکام فشاري از خود نشان داد. سطح شکست نمونه هاي کامپوزتي نشان داد که با افزايش ميزان نانو رس در زمينه، مکانيزم شکست از شکست کاملا نرم به شکست نرم برشي تغيير مي‌يابد. نتايج حاصل از اتصال فاز مايع گذرا کامپوزيت آلومينيوم-2‌% نانو رس نيز نشان داد که در مرکز اتصال تجمعي از ذرات تقويت‌کننده پديد مي‌آيد که با افزايش زمان همگن تر مي گردد. بررسي هاي فازي نشان داد که در ناحيه اتصال فازهاي آلومينيوم آلفا، CuAl 2 و مقداري فاز سيليسيم تشکيل شده است. نفوذ مس به زمينه آلومينيومي در حدود 600 ميکرون در هر طرف فلز پايه بود که سبب افزايش سختي اين ناحيه از حدود 60 ويکرز به 90 ويکرز شد. بيشترين ميزان استحکام برشي اتصال فاز مايع گذرا مربوط به نمونه اتصال داده شده به مدت 180 دقيقه به ميزان 89 درصد فلز پايه حاصل شد. کلمات کليدي: کامپوزيت زمينه آلومينيوم، نانو رس مونت موريلونيت، اتصال فاز مايع گذرا (TLP)، سختي، خواص مکانيکي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی