بررسی خواص فشاری و ریزساختاری نانو کامپوزیت‌های Al-SiO2 تولید شده با امواج مافوق صوت و ریخته گری گردابی

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• اکرم صالحی ¹
• ابوالفضل باباخانی ²
• سید مجتبی زبرجد ³

¹ دانشگاه فردوسی مشهد

² فردوسی مشهد

³ شیراز

10.22067/ma.v27i2.30742

چکیده

در این تحقیق، نانو کامپوزیت‌های آلومینیومی تقویت شده با 25/0، 5/0، 75/0 و 0/1% وزنی نانوذرات اکسید سیلیسیم، با استفاده از دستگاه امواج مافوق صوت، تولید شدند. ریزساختار زمینه با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و SEM به همراه EDS بررسی شد و از نانوکامپوزیت‌های تولید شده، آزمون فشار گرفته شد. نتایج نشان می‌دهد که افزودن نانوذرات سیلیس، با ایجاد مراکز جوانه زنی برای ترکیبات بین فلزی باعث اصلاح ساختار آن‌ها و بهبود خواص محصول نهایی خواهد شد و افزودن نانوذرات سیلیس تا 5/0% وزنی، افزایش استحکام محصول نهایی را در پی دارد.

کلیدواژه‌ها

• نانو کامپوزیت Al-SiO2
• امواج مافوق صوت
• SEM
• ریزساختار
• استحکام فشاری

---

عنوان مقاله [English]

Investigation of Compressive Properties and Microstructure of Al-SiO2 Nanocomposites Produced by Ultrasonic and Stir Casting Techniques

نویسندگان [English]

• Akram Salehi ¹
• Abolfazl Babakhani ²
• Seyed Mojtaba Zebarjad ³

¹ Ferdowsi University of Mashhad, Iran.

² Ferdowsi University of Mashhad, Iran.

³ Shiraz University, Shiraz, Iran

چکیده [English]

In this study, it is tried to use an inexpensive and new method for fabrication of aluminum matrix nanocomposites reinforced with SiO2 nano-sized ceramic particles. In this method, ultrasonic device was used for increasing wettability and dispersion of reinforcement nanoparticles within the aluminum melt. After producing aluminum nanocomosites reinforced with 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0 wt. % SiO2, microstructure study of matrix were carried out with an optical microscope and SEM equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS). At the end, compression test were taken on produced nanocomposites. The results show that adding SiO2 nanoparticles will improve structure and properties of the final product by creating nucleation center for intermetallic compounds and also increase compressive strength of produced nanocomposites than the pure Al alloy.

کلیدواژه‌ها [English]

• Al-SiO2 nanocomposite
• Ultrasonic
• SEM
• Microstructure
• Compressive Strength

مراجع

1. Park, J., Lee, S., Lee, M., Rhee, C., "Dispersion of ultrafine SiC particles in molten Al-12Si alloy", Trans. Nonferrous Met. Soc.China, Vol. 21, pp. s33-s36, (2011).

2. Prater, T., "Friction Stir Welding of Metal Matrix Composites for use in aerospace structures", Acta Astronautica, Vol. 93, pp. 366-373, (2014).

3. El-Kady, O., Fathy, A., "Effect of SiC particle size on the physical and mechanical properties of extruded Al matrix nanocomposites", Materials & Design, Vol. 54, pp. 348-353, (2014).

4. Karimzadeh, F., Rastar, V., Enayati, M.H., "Thermal Stability and Mechanical Properties of Al-Al2O3 Nanocomposite Produced by Mechanical Milling and Hot-Pressing", Proceedings of the International Conference Nanomaterials: Applications and Properties, Vol. 1, (2012).

5. Li, X., Yang, Y., Cheng, X., "Ultrasonic-assisted fabrication of metal matrix nanocomposites", Journal of Materials Science, Vol. 39, pp. 3211 – 3212, (2004).

6. Peng, L.M., Zhu, S.J., "Creep of metal matrix composites reinforced by combining nano-sized dispersoids with micro-sized ceramic particulates or whiskers (review)", Vol. 18, pp. 215-254, (2003).

7. Yu, H., "Processing Routes for Aluminum based Nano-Composites", Worcester, M. Sc. Thesis, (2010).

8. Saberi, Y., Zebarjad, S.M., Akbari, G.H., "On the role of nano-size SiC on lattice strain and grain size of Al/SiC nanocomposite", Journal of alloys and compounds, Vol. 484, pp. 637-640, (2009).

9. Hashim, J., Looney, L., Hashmi, M.S.J., "Metal matrix composites: production by the stir casting method", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 92-93, pp. 1-7, (1999).

10. Yang, Y., Lan, J., Li, X., "Study on bulk aluminum matrix nano-composite fabricated by ultrasonic dispersion of nano-sized SiC particles in molten aluminum alloy", Materials Science and Engineering A, Vol. 380, pp. 378–383, (2004).

11. OH, S.Y., Cornie, J.A. and Russell, K. C., "Wetting of Ceramic Particulates with Liquid Aluminum Alloys: Part II. Study of Wettability", Metallurgical Transactions A, Vol. 20A, pp. 533-541, (1989).

12. Hashim, J., Looney, L., Hashmi, M.S.J., "The wettability of SiC particles by molten aluminium alloys", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 119, pp. 324-328, 2001.

13. Zhou, W. and Xu, Z. M., "Casting of SiC Reinforced Metal Matrix Composites", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 63, pp. 358-363, (1997).

14. Donthamsetty, S. and Rao. D, N., "Investigation on mechanical properties of A356 nanocomposites fabricated by ultrasonic assisted cavitation", Journal of Mechanical Engineering, Vol. 41, pp. 121-129, (2010).

15. Sanchez, M.C.T., "Generation of heterogeneous cellular structures by sonication", United Kingdom, ph. D. Thesis, (2008).

16. Borgonovo, C., "Aluminum Nano-composites for Elevated Temperature Applications", Worcester, M. Sc. Thesis, (2010).

17. Wang, J., He, Z.S., Wu, J.H., Wan, Z.P., "Effect of Ultrasonic Wave on Melt Foaming Process of Aluminum Foam", Advanced Materials Research, Vol. 97-101, pp. 227-230, (2010).

18. Suslick, K. S., Didenko, Y., Fang, M., "Acoustic cavitation and its chemical consequences", Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 357, pp. 335-353, (1999).

19. Suslick, K. S., "The chemical and physical effects of ultrasound", Scientific American, pp. 80-86, (1989).

20. Bo, L., Xiaoguang, Y. and Hongjium, H.,"Microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-Fe alloys prepared by semi-solid formation", china foundry journal, Vol. 8, pp. 424-431, (2011).

21. Ji, S., Yang, W., Gao, F., Watson, D., Fan, Z., "Effect of iron on the microstructure and mechanical property of Al–Mg–Si–Mn and Al–Mg–Si diecast alloys", Materials Science and Engineering A, Vol. 564, pp. 130-139, (2013).

22. سعید شبستری، "سینتیک تشکیل ترکیبات بین فلزی در آلیاژهای آلومینیوم"، نشریه مهندسی متالورژی، شماره 11، 15-22،(1380).

23. علیرضا دمان، علی شفیعی، مسعود امامی قمی، سعید شبستری، "بررسی نقش بهسازی ریز ساختار و خواص آلیاژ A413"، مجله مهندسی مکانیک، شماره 44، 40-48، (1384).

24. حسین یدالله تبار، سعید شبستری، حسن ثقفیان و محمود شهبازی، "بررسی تاثیر ارتعاش، جوانه زایی و بهسازی بر ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم A380"، نشریه دانشکده فنی، شماره 8، 1081-1093، (1386).

25. Cicco, Michael P. De., Turng, Lih-Sheng., Li, Xiaochu., Perepezko, John H., "Nucleation Catalysis in Aluminum Alloy A356 Using Nanoscale Inoculants", Metallurgical and materials transactions A, Vol. 42A, pp. 2323-2330, (2011).

26. احسان پرشید فرد، محسن قنبری حقیقی و سعید شبستری، "بررسی ریز ساختار حاصل ازشکل-دهی نیمه جامد آلیاژ Al-Si9-Fe4-Mn2 تهیه شده به روش تبلور مجدد و ذوب جزیی ساختار تغییر فرم یافته"، ریخته گری، شماره 94، 1388، 31-38.

27. Li, X., Yang, Y., Weiss, D., "Ultrasonic Cavitation Based Dispersion of Nanoparticles in Aluminum Melts for Solidification Processing of Bulk Aluminum Matrix Nanocomposite: Theoretical Study, Fabrication and Characterization", Transactions American Foundrymens SOCIETY, pp. 249-260, (2007).

28. Sajjadi, S.A., Ezatpour, H.R., Beygi, H., "Microstructure and mechanical properties of Al–Al2O3 micro and nanocomposites fabricated by stir casting", Materials Science and Engineering A, Vol. 528, pp. 8765-8771, (2011).

29. Tsunekawa, Y., Suzuki, H., Genma, Y., "Application of ultrasonic vibration to in situ MMC process by electromagnetic melt stirring", Materials & Design, Vol. 22, pp. 467-472, (2001).

30. Mazaheri, A., Ostadshabani, M., "Investigation on mechanical properties of nano-Al2O3-reinforced aluminum matrix composites", composite materials, Vol. 45, pp. 2579-2586, (2011).