بررسی ریزساختار و خواص سایشی نانوکامپوزیت آلومینیوم Al-8Zn-3Mg-2.5Cu تقویت شده با نانوذرات SiC بعد از عملیات حرارتی پیرسختی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

• محمد علی پور

گروه مهندسی مواد، دانشکده مکانیک دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22067/jmme.2022.79507.1084

چکیده

در این تحقیق، خواص سایشی و ریزساختار نانوکامپوزیت آلومینیوم Al-8Zn-3Mg-2.5Cu تقویت شده با 1، 2، 3 و 5 درصد نانوذرات کاربید سیلسیم (SiC) تولید شده به روش ریخته گری گردابی با کمک حباب زائی مافوق صوت بررسی شد. جهت اختلاط مناسب آلیاژ و نانوذرات از دستگاه مافوق صوت مجهز به سیستم خنک کننده با توان 2000 وات استفاده شد. همچنین برای مطالعات ریزساختاری، میکروسکوپ الکترونی روبشی بکار گرفته شد. مطالعات ریزساختاری نانوکامپوزیت نشان داد که حضور نانوذرات پراکنده SiC باعث کاهش اندازه دانه شده، اما در درصدهای بالای این نانوذرات (5% وزنی)، کاهش محسوسی در اندازه دانه ایجاد نمی‌شود. همچنین حضور نانوذرات و کاهش اندازه دانه، افزایش چشمگیر سختی و مقاومت به سایش نانوکامپوزیت را به همراه دارند. البته در درصدهای بالای نانوذرات SiC (5% وزنی)، این ذرات در مرزدانه ها کلوخه ای شده و باعث کاهش سختی و مقاومت به سایش کامپوزیت شدند. نانوکامپوزیت تقویت شده با 3% وزنی نانو ذرات کاربید سیلسیم قبل و بعد از عملیات حرارتی بهترین مقاومت به سایش را نشان داد که بهینه ترین درصد نانو ذرات کاربید سیلسیم می باشد.

کلیدواژه‌ها

• نانوکامپوزیت ریختگی
• نانوذرات کاربید سیلیسیم
• ریخته گری گردابی
• فرآوری مافوق صوت

موضوعات

• نانو مواد

---

عنوان مقاله [English]

Investigation of the microstructure and mechanical properties of cast Al-8Zn-3Mg-2.5Cu nanocomposite reinforced with SiC nanoparticles after age hardening heat treatment

نویسنده [English]

• Mohammad Alipour

Faculty of Mechanical engineering, Department of Materials Engineering, University of Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this study, microstructure and wear properties of Al-8Zn-3Mg-2.5Cu nanocomposite reinforced with 1, 2, 3 and 5 wt.% SiC nanoparticles (SiCnp) produced by stir casting and ultrasonic treatment have been investigated. Ultrasound device equipped with a cooling system with 2000 W powers was used for mixing alloy and nanoparticles. Also scanning electron microscopy was used for microstructure studies. The microstructure of nanocomposite was investigated by scanning electron microscope.The microstructural studies of the nanocomposite revealed that SiCnp addition reduces the grain size, but adding higher SiCnp content (5 wt.%) does not change the grain size considerably. Further investigations on hardness revealed that the addition of SiCnp increases hardness and wear resistance. At higher SiCnp contents (5 wt.%), the presence of SiCnp agglomerate on grain boundaries was found that causes decrease the hardness and wear resistance. The optimum amount of nanoparticles before and after heat treatment is 3 wt.% SiCnp that nanocomposite exhibits best wear resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

• Casting nanocomposite
• SiC nanoparticles
• Stir casting
• Ultrasonic treatment

مراجع

1.  

   1. SenthilKumar, Padmalaya G, N. Elavarasan, B.S.Sreeja, "GO/ZnO nanocomposite - as transducer platform for electrochemical sensing towards environmental applications", Chemosphere, Vol. 313, pp 137345, 2023
   2. Balakrishnan Somasekaran, Alwarsamy Thirunarayanaswamy, Ilamathi Palanivel " Synthesis of Graphene and fabrication of Aluminium-Grp nanocomposites: A review ", Materials Today: Proceedings, Vol. 50, pp 2436-2442, 2022.
   3. Mamta Dahiya, Virat Khann, Suneev Anil Bansal " Aluminium-graphene metal matrix nanocomposites: Modelling, analysis, and simulation approach to estimate mechanical properties" Materials Today: Proceedings, 2022.
   4. Reza Abedinzadeh, Ehsan Norouzi, Davood Toghraie " Study on machining characteristics of SiC–Al2O3 reinforced aluminum hybrid nanocomposite in conventional and laser-assisted turning ", Ceramics International, Vol. 48, pp 29205-29216, 2022.
   5. Shijina S.Sainudeen, Antony Joseph, Mathew Joseph, V.Sajith, " Heat transfer phenomena of copper-graphene nanocomposite coated aluminium heat spreaders", Applied Thermal Engineering, Vol. 212, pp 118545, 2022.
   6. Miracle, D., "Metal matrix composites–from science to technological significance", Composites Science and Technology, 65, pp. 2526-2540, 2005.
   7. Wenzhen, L., Shiying, L., Qiongyuan, Z., Xue, Z., "Ultrasonic-Assisted Fabrication of SiC Nanoparticles Reinforced Aluminum Matrix Composites", Materials Science Forum, Vol. 654-656, pp. 990-993, 2010.
   8. Hihn, JY., Doche, ML., Mandroyan, A., Hallez, L. and Pollet, BG., "Respective Contribution of Cavitation and Convective Flow to Local Stirring in Sonoreactors", Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 18, pp. 881-887, 2011.
   9. Amirkhanlou, S., Ji, S., Zhang, Y., Watson, D., Fan, Z., "High modulus Alsingle bondSisingle bondMgsingle bondCu/Mg2Sisingle bondTiB2 hybrid nanocomposite: Microstructural characteristics and micromechanics-based analysis" Journal of Alloys and Compounds, Vol. 694, pp. 313–324, 2017.
   10. Yan, J., Xu, Z., Shi, L., Ma, X., Yang, S., "Ultrasonic assisted fabrication of particle reinforced bonds joining aluminum metal matrix composites" Mater & Design, Vol. 32, pp. 343-347, 2011.
   11. Shabana, S., Sonawane, SH., Ranganathan, V., Pujjalwar, PH., Pinjari, DV., Bhanvase, BA., Gogate, PR., Ashokkumare, M., "Improved synthesis of aluminium nanoparticles using ultrasound assisted approach and subsequent dispersion studies in di-octyl adipate", Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 36, pp. 59–69, 2017.
   12. Mazahery, H. Abdizadeh, H.R. Baharvandi, "Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites", Materials Science & Engineering A, Vol. 518, pp. 61-64, 2009.
   13. L Shen, J.J Williams, G Piotrowski, N Chawla, Y.L Guo, "Correlation between tensile and indentation behavior of particle-reinforced metal matrix composites: an experimental and numerical study", Acta Materialia, Vol. 49, pp. 3219-3229, 2001.
   14. Hamzaoui, O. Elkedim, E. Gaffet, "Milling conditions effect on structure and magnetic properties of mechanically alloyed Fe–10% Ni and Fe–20% Ni alloys", Materials Science and Engineering: A, Vol. 381, pp. 363-371, 2004.
   15. S. Al-Rubaie, H.N. Yoshimura, J.D. Biasoli de Mello, "Two-body abrasive wear of Al–SiC composites", Wear, Vol. 233. pp. 444-454, 1999.
   16. Mula, P. Padhi, S.C. Panigrahi, S.K. Pabi, S. Ghosh, "On structure and mechanical properties of ultrasonically cast Al–2% Al2O3 nanocomposite", Materials Research Bulletin, Vol. 44, pp. 1154-1160, 2009.