تأثیر حضور کربن بلک بر استحکام اتصال آلومینیوم/پلی‌اتیلن در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی دانشگاه فردسی مشهد

2 دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

اتصال قطعات مختلف به یکدیگر به عنوان یک نیاز مهم در صنایع مختلف مطرح شده است. به دلیل پیچیدگی روش‌های اتصال متداول، تمایل زیادی به پژوهش و توسعه‌ی روش‌های اتصال جدید در سال‌های اخیر به وجود آمده است . از این رو این پژوهش با هدف بررسی استحکام اتصال آلومینیوم آلیاژی 5083 به کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با ذرات کربن بلک انجام شده است. در این پژوهش خواص مکانیکی شامل استحکام کششی برشی و تاثیر درصد وزنی ذرات تقویت کننده بر مدت زمان مورد نیاز جهت ایجاد اتصال مطلوب بین کامپوزیت زمینه پلیمری و آلومینیوم بررسی گردید. در این پژوهش اتصال با فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام و استحکام نقطه‌ی جوش با آزمون کشش برشی مورد بررسی قرار گرفت. درصد فاز تقویت کننده‌ی افزوده شده به زمینه‌ی پلی‌اتیلن، مدت زمان ماندگاری ابزار دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای به عنوان متغیرهای تأثیرگذار بر استحکام کششی برشی در این پژوهش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش زمان ماندگاری برای پلی‌اتیلن خالص در مدت زمان 15 ثانیه و برای نمونه های کامپوزیتی زمینه پلی اتیلن تقویت شده با کربن بلک در بازه زمانی 10 ثانیه، اتصال مطلوب را سبب می شود و با افزایش زمان ماندگاری تا 20 ثانیه به دلیل افزایش بیش از حد مذاب پلی-اتیلن استحکام و تنشهای پسماند در طی فرایند انجماد روند نزولی استحکام اتصال مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of carbon black content on the weld strength of friction stir spot aluminum/polyethylene composite weld

نویسندگان [English]

  • toktam kianafshar 1
  • samane sahebian 2
  • mohsen haddad sabzevar 2
1 Department of Material Science and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Department of Material science and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

With the emergence of industries and their growth, joining different parts to each other has become an important need. Due to the complexity of conventional connection methods, there has been a great deal of interest in research and development of new connection methods in recent years. Therefore, this study was conducted to investigate the joining strength of 5083 aluminum alloy to a polymer-based composite reinforced with carbon black particles. In this study, mechanical properties including shear tensile strength and the effect of reinforcing particles on the thermal conductivity of high density polyethylene were investigated. In this study, the joining was performed by friction stir welding process and the weld point strength was investigated by shear tensile test. Percentage of reinforcing phase added to the polyethylene matrix, dwell time of friction stir spot welding machine tools as variables affecting the shear tensile strength were evaluated in this study. The results showed that by increasing the dwell time for pure polyethylene for 15 seconds and for composite samples of carbon black reinforced polyethylene in a time period of 10 seconds, a favorable bond was established and with increasing dwell time Up to 20 seconds due to excessive increase of polyethylene melt strength and residual stresses during the freezing process, a decreasing trend of bond strength was observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir spot welding
  • high density polyethylene
  • carbon black
  • shear tensile strength

مراجع

  1. 1.       Moshwan, R., Rahmat, S., Yusof, F., Hassan, M., Hamdi, M. and Fadzil, M., "Dissimilar friction stir welding between polycarbonate and AA 7075 aluminum alloy", Materials Research, Vol.106, No. 3, pp. 258-266, (2015).

    2.       Khodabakhshi, F., Haghshenas, M., Sahraeinejad, S., Chen, J., Shalchi, B., Li, J., "Microstructure-property characterization of a friction-stir welded joint between AA5059 aluminum alloy and high-density polyethylene", Materials Characterization, Vol. 98, pp.73-82, (2014).

    3.       Liu, F.C., Liao, J. and Nakata, K., "Joining of metal to plastic using friction lap welding",  Materials and Design, Vol. 54, pp. 236-244, (2014).

    4.       Formela, K., Kuranska, M. and Barczewski, M., "Recent Advances in Development of Waste-Based Polymer Materials", Polymers, Vol. 14, No. 5, p.1050, (2022).

    5.       Hsissou, R., Seghiri, R., Benzekri, Z., Hilali, M., Rafik, M. and Elhafi, A., "Polymer composite materials: A comprehensive review", Composite Structures, Vol. 262, p. 113640, (2021).

    6.       Arefin, A. M. E., Khatri, N. R., Kulkarni, N. and Egan, P. F., "Polymer 3D Printing Review: Materials, Process, and Design Strategies for Medical Applications", Polymers, Vol. 13, No. 9, p. 1499, (2021).

    7.       Formela, K., Zedler, L., Hejna, A. and Tercjak, A., "Reactive extrusion of bio-based polymer blends and composites – Current trends and future developments", Express Polymer Letters, Vol. 12, No.1, pp. 24-57, (2018).

    8.       Wong, K. and Abbas Jawad, Z., "A review and future prospect of polymer blend mixed matrix membrane for CO2 separation", Polymer Research, Vol. 26, No. 12, pp. 1-18, (2019).

    9.       Roy, K., Debnath, S. C. and potiyaraj, P., "A Review on Recent Trends and Future Prospects of Lignin Based Green Rubber Composites",  Polymers and the Environment, Vol.28, No. 2, pp. 367-387, (2020). 

    10.   Karami Pabandi, H., Movahedi, H., Kokabi, A. H., "A New Refill Friction Spot Welding Process for Aluminum/Polymer Composite Hybrid Structures", Composites Structures, Vol. 174, pp. 59-69, (2017).

    11.   Yousefpour, A., Hojjati, M. and Immarigeon, J. P., "Fusion Bonding/Welding of Thermoplastic Composites", Thermoplastic Composite Materials, Vol. 17, No. 4, pp. 303-341, (2004).

    12.   Mishra, R. S. and Ma, Z. Y., "Friction stir welding and processing", Materials Science and Engineering, Vo1. 50, No. 1-2, pp. 1-78, (2005).

    13.   Yang, X. W., Fu, T. and Li, W. Y., "Friction Stir Spot Welding: A Review on Joint Macro and Microstructure, Property, and Process Modelling", Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2014, p. 11, (2014).

    14.   Aghajani Derazkola, H., Kashiry Fard, R. and Khodabakhshi, F., "Effects of processing parameters on the characteristics of dissimilar friction-stir-welded joints between AA5058 aluminum alloy and PMMA polymer", welding in world, Vol. 62, No. 1, pp. 117-130, (2018).

    15.   Kemal Bilici, M. and Irfan Yukler, A., "Effects of welding parameters on friction stir spot welding of high density polyethylene sheets", Materials & Design, Vol. 33, pp. 545-550, (2012).

    16.   Ratanathavorn, W. and Melander, A., "Dissimilar joining between aluminium alloy (AA 6111) and thermoplastics using friction stir welding", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 20, pp. 222-228, (2015).

    17.   Shahmiri, H., Movahedi, M. and Kokabi, A.M., "Friction stir lap joining o aluminum alloy to polypropylene sheets", Science and Technology of Welding and  Joining, Vol. 22, No. 2, pp. 20-126, (2017).

    18.  

    Lionetto, F., Balle, F., Maffezzoli, A., "Hybrid ultrasonic spot welding of aluminum to carbon fiber reinforced epoxy composites", Materials Processing Technology, Vol. 247, pp. 289-295, (2017).

    1. Ogawa, Y., Xiong, Y., Akebono, H., Kato, M., Tanaka, K. and Sugeta, A., "Fatigue properties of friction stir welds of treated Al to carbon fibre- reinforced Plastic", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 23, No. 1, pp. 79-86, (2018).
    2. Aghajani Derazkola, H., and Simchi, A. R., "An investigation on the dissimilar friction stir welding of T-joints between AA5754 aluminum alloy and poly(methyl methacrylate)", Thin-Walled structures, Vol. 135, pp. 376-384, (2019).
    3. Amancio-Filho, S. T., Bueno, C., Santos, J. F., Huber, N. and Hage Jr, E., "On the feasibility of friction spot joining in magnesium/fiber-reinforced polymer composite hybrid structures", Materials Science and Engineering, Vol. 528, No. 10-11, pp. 3841-3848, (2011).
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار