افزایش مقاومت به سایش زیرلایۀ مسی پوشش‌داده‌شده با نانوکامپوزیت مس‌آلومینا به‌روش احتراق محلولی

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• هادی نصیری ¹
• احسان محمدی ²

¹ گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران.

² گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

10.22067/jmme.2021.58568.0

چکیده

یکی از روش‌های نوین برای سنتز سریع و کم‌هزینۀ نانومواد، سنتز احتراقی در محلول است. در کار ارائه‌شده از نیترات‌های‌‌ مس و آلومینیم با نقش اکسیدکنندگی و از اوره به‌عنوان سوخت و از گرافیت نیز برای مادۀ کمکی استفاده شد. آزمایش‌ها در 5درصد وزنی مختلف فاز آلومینا (5، 15، 25، 35 و 45) با نسبت سوخت به اکسیدکننده 25/1 انجام شد و نمودارهای دما برحسب زمان در حین انجام سنتز رسم شد و میزان مقاومت به سایش نمونه‌ها مطالعه شد. نتایج نشان داد در نسبت 25درصد وزنی فاز آلومینا میزان مقاومت به سایش زیرلایۀ مسی پوشش‌داده‌شده تا حدود 4برابر افزایش یافت. همچنین میکروساختار و فازهای تشکیل‌شده این پوشش با میکروسکوپ‌های SEM مجهز به EDS،TEM   و آنالیز XRD بررسی شد که نتایج تولید پوشش نانوکامپوزیتی مس‌آلومینا را در یک مرحله در اتمسفر هوا تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها

• نانوکامپوزیت مس‌آلومینا
• احتراق محلولی
• مقاومت به سایش
• دمای احتراق

---

عنوان مقاله [English]

The Increase in the Wear Resistance of Copper Substrate Coated by Cu-Al2O3 Nanocomposite Through Solution Combustion Method

نویسندگان [English]

• Hadi Nasiri ¹
• Ehsan Mohammadi ²

¹ Department of Materials Engineering, Mechanics and Materials Engineering Faculty, Birjand University of Technology, Birjand, Iran.

² Department of Materials Science and Engineering, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

چکیده [English]

Solution Combustion is a new and low costs method in order to synthesis nanomaterials. In the presented investigation, Copper and Aluminum nitrates, Urea and Graphite are used as oxidizer, fuel and auxiliary materials, respectively. All experiments categorized in five groups in terms of percentage of alumina (5, 15, 25, 35 and 45 wt. %) and fuel to oxidizer ratio of 1.25. Time- Temperature diagrams are plotted during reaction and wear tests carried out for all samples. Results showed, sample with 25 wt. % alumina can increase the wear resistance 4 times than non-coated copper substrate. Also, the coating microstructure were investigated by SEM equipped by EDS, TEM and XRD. The results proved synthesis of nanocomposite copper-alumina coating just in one-step.

کلیدواژه‌ها [English]

• Copper-Alumina Nanocomposite
• Solution Combustion
• Wear Resistance
• Combustion Temperature

مراجع

1. Tasbihi, M., Kamila, Kočí., M., Troppová, I., Edelmannová, M., Reli, M., Capek, L., and Schomäcker, R.," Photocatalytic reduction of carbon dioxide over Cu/TiO₂ photocatalysts", Environmental Science and Pollution Research, 25, pp. 34903–34911, (2018).
2. Morshed, M., Titan, C. P., and Khan, J., "Effect of Cu-Al₂O₃ nanocomposite coating on flow boiling performance of a microchannel", Applied Thermal Engineering, 51, pp. 1135-1143, (2013).
3. Khzouz, M., Joe Wood, J., Bruno Pollet, B., and Waldemar Bujalski, W., "Characterization and activity test of commercial Ni/Al₂O₃, Cu/ZnO/Al₂O₃ and prepared NieCu/Al₂O₃ catalysts for hydrogen production from methane and methanol fuels", International Journal of Hydrogen Energy, 38, pp.1664-1675, (2013).
4. Ozbay, N., Yargic, A., and Sahin, R., "Tailoring Cu/Al₂O₃ catalysts for the catalytic pyrolysis of tomato waste", Journal of the Energy Institute, 91, pp. 424-433, (2018).
5. Afkham, Y., Azari, Khosroshahi, R., Kheirifard, R., Taherzadeh Mousavian, R., and Brabazon, D., "Microstructure and Morphological Study of Ball-Milled Metal Matrix Nanocomposites", Physics of Metals and Metallography, 118, pp. 790-800, (2017).
6. Jabłońska, M., Wolkenar, B., Beale, A., Pischinger, S., and Palkovits, R., "Comparison of Cu-Mg-Al-O_x and Cu/Al₂O₃ in selective catalytic oxidation of ammonia (NH₃-SCO)", Catalysis Communications, 105, pp. 5-9, (2018).
7. Ivanova,. T., Harizanova, A., Koutzarova, T., and Vertruyen, B., "Study of sol-gel Cu-doped Al₂O₃ thin films: structural and optical properties", Journal of Physics: Conference Series, 514, pp. 1-6, (2018).
8. Mukasyan, A., and Dinka, P., "Novel Approaches to Solution–Combustion Synthesis of Nanomaterials", International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 16, pp. 23–35, (2007).
9. Ranga, G., Mishra, B., and Sahu, R., "Synthesis of CuO, Cu and CuNi alloy particles by solution combustion  using  carbohydrazide  and  N-tertiarybutoxy-carbonylpiperazine  fuels", Materials Letters, Vol 58, pp. 3523-3527, (2004).
10. Mukasyan, A. S., and Dinka, P., "Novel Method for Synthesis4 of Nano-Materials: Combustion of Active Impregnated Layers", Advanced Engineering Materials, DOI: 10.10002, (2007).
11. González-Cortés, S. L., and Imbert, F. E., "Fundamentals, properties and applications of solid catalysts prepared by solution combustion synthesis (SCS)", Applied Catalysis A, 452, pp. 117-131, (2013).
12. Nasiri, H., Vahdati Khaki., J., and Zebarjad, S. M., "One-step fabrication of Cu–Al₂O₃ nanocomposite via solution combustion synthesis route", Journal of Alloys and Compounds, 509, pp. 5305-5308, (2011).
13. Jain, S. R., and Adiga, K. C., "A New Approach to Thermochemical Calculations of Condensed Fuel-Oxidizer Mixtures". Combustion and Flame, 40, pp. 71-79, (1981).
14. Fathy, A., and El-Kady, O., "Thermal expansion and thermal conductivity characteristics of Cu–Al₂O₃ Nanocomposites", Materials and Design, 46, pp. 355–359, (2013).
15. Nasiri, H., Vahdati Khaki, J., and Shahtahmassebi, N., "Effect of alumina percentage on size and superparamagnetic properties of Ni-Al₂O₃ nanocomposite synthesized by solution combustion ", Materials and Design, Vol. 109, pp.476–484, (2016).
16. Nasiri, H., Bahrami Motlagh, E., VahdatiKhaki, J., and Zebarjad, S. M., "Role of fuel/oxidizer ratio on the synthesis conditions of Cu-Al₂O₃ nanocomposite prepared through solution combustion synthesis", Materials Research Bulletin, 47, pp. 3676–3680, (2012).
17. Xanthopoulou,, Thoda, O., Roslyakov, S., Steinman, A., Kovalev, D., Levashov, E., Vekinis, G., Sytschev, A., and Chroneos, A., "Solution combustion synthesis of nano-catalysts with a hierarchical structure ", Journal of Catalysis, Vol. 364, pp. 112–124, (2018).