بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال نفوذی ورق‌های آلیاژی Al /Al2O3

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• مونا یاراحمدی
• مرتضی شمعانیان
• حمیدرضا سلیمی جزی

دانشگاه صنعتی اصفهان

10.22067/ma.v28i2.36654

چکیده

امروزه کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی به‌دلیل دارا بودن خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی در صنایعی که به‌نوعی نیاز به مواد سبک و در عین حال مستحکم دارند، به‌طور وسیعی کاربرد یافته‌اند. این خواص مطلوب در کامپوزیت‌های با ساختار نانو بسیار چشمگیرتر و شاخص‌تر است. در تحقیق حاضر، فرایند اتصال نمونه‌های ورق آلیاژی آلومینیوم تقویت شده با ذرات میکرومتری آلومینا، به‌روش فاز مایع گذرا مورد ارزیابی قرار گرفت. تأثیر پارامترهای دما و زمان بر روی خواص اتصال بررسی شد. در حوالی درز تمام اتصال‌ها، ترکیبات بین فلزی سخت، تجمع ذرات آلومینا، میکرو‌ترک و حفراتی دیده شد که با فاز جامد α–Al پرشده‌اند و در درون آن‌ها ذرات پراکنده و ریز CuAl2 مشاهده شد. با افزایش دمای اتصال، به‌دلیل افزایش حجم مذاب ایجاد شده در درز، سطح وسیع‌تری از درز اتصال، میکرو‌ترک وحفرات توسط مذاب پر شد. از‌طرفی ریزساختار اتصال‌های انجام شده در دماهای بالاتر حاوی ذرات کمتری از رسوب نسبت به ریزساختار اتصال‌های انجام شده در دماهای پایین‌تر می‌باشد، همین عامل نیز موجب کاهش سختی فاز جامد Al-α با افزایش دمای اتصال شد. در دمای اتصال 590 درجه‌ی سانتی‌گراد، با افزایش زمان اتصال استحکام اتصال‌ها افزایش می‌یابد طوری که حداکثر استحکام برشی در همین دما و زمان اتصال 30 دقیقه، در‌حدود 82 در‌صد استحکام برشی فلز پایه بدست آمد. سطوح شکست بررسی شده، دیمپل‌های برشی و نرم و تغییرشکل پلاستیک را نشان داد که بعضاً در انتهای آن‌ها ذراتآلومینادیده می‌شود. در دماهای اتصال پایین با افزایش زمان، استحکام اتصالات افزایش یافت. در دماهای اتصال بالاتر که انجماد هم‌دما کامل شد، افزایش زمان موجب کاهش مقدار مس و کاهش ذرات رسوبی در زمینه‌ی نرم فاز جامد α-Al شد و در نتیجه استحکام اتصال‌ها کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

• کامپوزیت‌ زمینه آلومینیومی
• فازمایع گذرا
• لایه واسطه
• ذرات آلومینا
• انجماد هم‌دما

---

عنوان مقاله [English]

Study of Microstructure and Mechanical Properties of Transient Liquid Phase bonded of Al / Al2O3

نویسندگان [English]

• mona yarahmadi
• morteza shamanian
• hamidreza salimi jazi

Isfahan University Technology

چکیده [English]

Todays, 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. Consternation of alumina particles, micro-cracks and porosity were found in the joint areas that were filled from α-Al solid phase and fine CuAl2 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 CuAl2 precipitated particles reduced as the joining temperature increased, resulting in reduction of the hardness of the α-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 increasing bonding time, whiles at high joining temperatures, the joint strength decreased due to reduction of CuAl2 particles in the α-Al solid phase.

کلیدواژه‌ها [English]

• Aluminum Matrix Composite
• Transient Liquid Phase
• Interlayer
• Alumina Particles
• Isothermal Solidification

مراجع

1. Zhang G., Zhang J., Pei Y., Li S., Chai D., “Joining of Al2O3p/Al Composites by Transient Liquid Phase (TLP) Bonding and a Novel Process of Active-Transient Liquid Phase (A-TLP) bonding", Materials Science and Engineering, Vol. 488, pp. 146–156, (2010).

2. Yan J., Xu Z., "Interface Structure and Mechanical Performance of TLP bonded Joints of Al2O3p/6061Al Composites using Cu/Ni Composite Interlayers", Scripta Materialia, Vol. 51, pp. 147-150, (2004).

4. MacDonald W.D., Eagar T.W., “Transient Liquid Phase Bonding Processes”, The Minerals, Metals and Materials Society, Vol. 321, pp. 93–101, (1992).

5. Grant O., Cook C.D., “Overview of Transient Liquid Phase and Partial Transient Liquid Phase bonding”, Sorensen Springer Science, Vol. 245, pp. 25–34, (2011).

6. Nakagawa H., Lee C.H., North T.H., "Modelling of Base Metal Dissolution Behavior During Transient Liquid Phase Brazing", Metallurgical Transactions, Vol. 22A, pp. 543-555, (1991).

7. Tuah-Poku I., Dollar M., Massalski T.B., "A Study of the Transient Liquid Phase Bonding Process Applied to a Ag/Cu/Ag Sandwich Joint", Metallurgical Transactions, Vol. 19A, pp. 675-686, (1988).

8. AlHazaa A., Khan T.I., Haq I., "Transient Liquid Phase (TLP) Bonding of Al7075 to Ti–6Al–4V alloy", Materials Characterization, Vol. 61, pp. 312-317, (2010).

9. Kuntz M.L., “Quantifying Isothermal Solidification Kinetics During Transient Liquid Phase Bonding using Differential Scanning Calorimetry”, Materials and Design, Vol. 44, pp. 1-12, (2006).

10. Dinkel M.K., Heinz P., Pyczak F., Volek A., Ott M., Affeldt E., Vossberg A., Goken M., “Proceedings of the International Symposium on Superalloys”, Materials Science and Engineering, Vol. 211, pp. 23-35, (2008).

11. Abdelfattah M., “An experimental and theoretical study of transient liquid phase bonding of nickel based materials”. Materials and Design, Vol. 39, pp. 893-899, (2008).

12. Kavian O., Cooke Tahir I., Khan Gossettd O., “Nanostructure Particle-Reinforced Transient Liquid Phase Diffusion Bonding”, A Comparative Study The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International, Vol. 6, pp. 79-91, (2011).

13. Wikstrom N.P., “The Effect of Process Parameters on Microstructure of Transient Liquid Phase Bonded Super Alloys Inconel 738 and Waspaloy”, Materials Science and Engineering, Vol. 35, pp. 456-467, (2006).

14. Lugscheider E., Ferrara S., Janssen H., Reimann A., Wildpanner B., “Progress and Developments in the Field of Materials for Transient Liquid Phase Bonding and Active Soldering Processes”, Materials Science and Engineering, Vol. 30, pp. 87-94, (2006).

15. Zhang G., Zhang J., Pei Y., Li S., Chai D., “Joining of Al2O3p/Al Composites by Transient Liquid Phase (TLP) Bonding and a Novel Process of Active-Transient Liquid Phase (A-TLP) Bonding”, Materials Science and Engineering, Vol. 488, pp. 146–156, (2008).