ارزیابی استحکام و سختی کامپوزیت آلومینیم گرافیت تولید شده به دو روش SPS و CPS با اختلاط به روش همگن سازی در مایع

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این پژوهش، اختلاط پودرهای آلومینیم خالص و گرافیت برای تولید کامپوزیت‌های پایه آلومینیم، تقویت‌شده با ذرات پودر گرافیت، از روشی جدید به نام همگن‌سازی در مایع استفاده شد. میزان گرافیت در این پژوهش از صفر تا 5/4 درصد وزنی درنظر گرفته شد. از پودرهای حاصل از روش همگن‌سازی در مایع با دو روش تف‌جوشی پلاسمایی جرقه‌ای و پرس سرد - تف‏جوشی در کوره خلأ تحت فشار و دما و زمان‌های مختلف نمونه‌های کامپوزیتی تولید شد. به منظور بررسی ریزساختار، نمونه های حاصل به وسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی بررسی و تحلیل شدند. همچنین به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه‌ها تحت آزمون‌های فشار و سختی سنجی (برینل) قرار گرفتند. بررسی نتایج و مشاهدات، توزیع ذرات گرافیت در زمینه ی آلومینیم با روش همگن سازی در مایع بهبود چشمگیری را نشان داد که همین امر باعث بهبود خواص مکانیکی شده است. همچنین افزودن گرافیت تا سه درصد وزنی بطور بسیار یکنواخت در زمینه و بدون کلوخه شدن رخ داد. در این روش اختلاط، با افزودن گرافیت تا درصد بهینه، سختی و استحکام فشاری افزایش یافت. با توجه به نتایج آزمون فشار، میزان استحکام فشاری به دست آمده از این روش اختلاط، نسبت به سایر روش‌های تولید این کامپوزیت حداقل 2/43 درصد افزایش داشت. حتی این استحکام با تغییر برخی پارامترهای تف‏جوشی مانند، فشار در روش تف‌جوشی پلاسمایی جرقه‌ای، به 8/104 درصد افزایش نسبت به سایر روش‌های همگن‌سازی این کامپوزیت هم رسید. همچنین، نمونه با درصد بهینه (سه درصد گرافیت)، دارای افزایش استحکام فشاری تا 7/138 درصد و افزایش سختی تا 6/69 درصد نسبت به آلومینیم خالص بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of Compressive Strength and Hardness of Al-Gr Composites Produced Using Liquid Homogenization Followed by Cold-Press and SPS

نویسندگان [English]

  • Hossein Pakdell Noghabi
  • Seyed Abdolkarim Sajjadi
  • Abolfazl Babakhani
Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

A relatively new method, homogenization in liquid phase, was used to produce aluminum-matrix composite reinforced by graphite particles. The graphite content was chosen from zero to 4.5wt.% in this study. Composite samples were produced using the mixed powder by two ways: spark plasma sintering and cold-press sintering under different pressure, temperature and time conditions. The specimens’ microstructure was investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy. To evaluate the mechanical properties of the samples, compression tests and hardness measurements were performed. According to the results, homogenization in liquid phase method caused significant improvements in the distribution of graphite particles in the matrix. Improved mechanical properties were obtained at 3wt.% graphite. According to the results, the compressive strength of Al-2.5wt.% Gr composite, obtained from this mixing process and cold-press sintering, was increased at least 113.8% compared to the pure aluminum. Moreover, SPS process increased the strength of Al-3wt.% Gr composite to about 206.2%, compared to pure aluminum.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum-Matrix composite
  • Graphite
  • Liquid phase homogenization
  • SPS
  • Compressive Strength
  • Hardness

مراجع

  1. Lin J. F., Shih M.G., Chen Y.W., "The tribological performance of 6061 aluminium materials in oil lubricants with EP additives", Wear, Vol. 198, pp. 58-70, (1996).
  2. Rohatgi P.K., Liu Y., Yin M., Barr T., "A surface-analytical study of tribo-deformed aluminum alloy319-%10Vol graphite particle composite", Materials Science and Engineering A, Vol. 123, pp. 213-218, (1990).
  3. Basavara Jappa S., Chandramohan G., Davim J., "Application of Taguchi techniques to study dry sliding wear behavior of metal matrix composites", Materials and Design, Vol. 28, pp. 1393-1398, (2006).
  4. Das S., Parasad S.V., Ramachandran T.R., "Tribology of Al-Si alloy - graphite composites: triboinduced graphite films and the role of silicon morphology", Materials Science and Engineering A, Vol. 138, pp. 123-132, (1991).
  5. Rohatgi P.K., Liu Y., Barr T., "Tribological behavior and surface analysis of tribo-deformed Al alloy-50 pct graphite particle composites", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol 22, pp. 1435-1441, (1991).
  6. Yang J.B., Lin C.B., Wang T.C., Chu H.Y., "The tribological characteristics of A356.2 Al alloy/Gr(p) composites", Wear, Vol. 257, pp. 941-952, (2004).
  7. Ibrahim I.A., Mohamed F.A., Lavernia E.J., "Particulate reinforced metal matrix composites-a review", Journal of Materials Science, Vol. 26, pp. 1137-1156, (1991).
  8. Liu H., Rohatgi P.K., "Tribological characteristics of aluminum-50 vol pct graphite composite", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 22, pp. 151-159, (1993).
  9. Pillai U.T.S., Pal B.C., Satyanarayana K.G., Damodaran A.D., "Fracture behaviour of pressure die-cast aluminium-graphite composites", Journal of Materials Science, Vol. 30, pp. 1455-1461, (1995).
  10. Parasad K., Das S., "The significance of the matrix microstructure on the solid lubrication characteristics of graphite in aluminium alloys", Materials Science and Engineering A, Vol. 144, pp. 229-235, (1991).
  11. Wei J.N., Cheng H.F., Zhang Y.F., Han F.S., Zhou Z.C., Shui J.P., "Effects of macroscopic graphite particulates on the damping behavior of commercially pure aluminum", Materials Science and Engineering A, Vol. 325, pp. 444-453, (2002).
  12. Jha A.K., Prasad S.V., Upadhayaya G.S., "Preparation and properties of 6061 aluminium alloy/graphite composites by PM route", Powder Metallurgy, Vol. 32, pp. 309-313, (1989).
  13. Biswas S., Srinivasa U., Seshan S., Rohatgi P.K., "Cast aluminum-graphite composites for industrial applications", AFS Transactions, Vol. 88, pp. 159-166, (1980).
  14. Torralba J.M., Costa A.E., Velasco F., "PM aluminum matrix composites: an overview", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 133, pp. 203-206, (2003).
  15. Latief F.H., Sherif El-Sayed M., "Effects of sintering temperature and graphite addition on the mechanical properties of aluminum", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, pp. 2129–2134, (2012).
  16. Flores-Zamora M.I., Estrada-Guel I., Gonzalez-Hernandez J., Miki-Yoshida M., Martınez-Sanchez R., "Aluminum–graphite composite produced by mechanical milling and hot extrusion", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 434-435, pp. 518–521, (2007).
  17. Guo M.L., Tsao C.Y.A., "Tribological behavior of self-lubricating Aluminum/SiC/Graphite hybrid composites synthesized by the semi-solid powder densification method", Composite Science and Technology, Vol. 60, No. 1, pp. 65-74, (2000).
  18. Chu H., Liu K., Yeh J., "An insitu composite of A1 (graphite, Al4C3) produced by reciprocating extrusion", Materials Science and Engineering A, Vol. 277, pp. 25-32, (2000).
  19. Estrada-Guel I., Carreno-Gallardo C., Mendoza-Ruiz D.C., Miki-Yoshida M., Rocha-Rangel E., Martinez-Sanchez R., "Graphite nanoparticle dispersion in 7075 aluminum alloy by means of mechanical alloying", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 483, No. 1-2, pp. 173–177, (2009).
  20. Lin C.B., Chang R.J., Wang W.P., "A study on process and tribological behavior of Al alloy /Gr(p) composite", Wear, Vol. 217, pp. 167-174, (1998).
  21. Gupta M., Lim S.C., Ng W.B., "Processing, microstructure, and mechanical properties of (A1-Cu)/Cu composites synthesized using partial liquid phase casting process", Materials Science and Technology, Vol. 13, pp. 584-589, (1997).
  22. تفریشی ر.، باباخانی ا.، "بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینیم گرافیت تولید شده به روش متالورژی پودر"، سومین همایش مشترک مهندسان متالورژی ایران، (1388).
  23. Daneshvar Sh., Khoramshahi F., Khademi D., Yavari Mehrabani H., Babakhani A., "Fabrication of Aluminum–Graphite Composites by SPS Method", The 3rd International Conference on Composites: Characterization, Fabrication and Application (CCFA-3)", Tehran, Iran, (2012).
  24. Kuzumaki T., Miyazawa K., Ichinose H., Ito K.J., "Processing of carbon nanotubes aluminium composite", Materials Research, Vol. 13, No. 9, pp. 2445–2449, (1998).
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار