خلاصه :
تهیه نانو کامپوزیت های منیزیم با دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از امواج اولتراسونیک با شدت بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش اول از پودرهای فلزی آلومینیم، منیزیم و تیتانیم استفاده شده است که با تشکیل TiH2 توسط پلی اتیلن گلیکول نانو کامپوزیتی با بازده استحکامی بالا و قابلیت کشیدگی مطلوب بدست می آید. در روش دوم تقویت کنندگی نانو ذرات SiCبرای کامپوزیت های منیزیم AZ91D و میزان پخش آن مورد بررسی قرار گرفته است. نانو کامپوزیت های حاوی SiC دارای توزیع یکنواخت ترو پخش بهتر ذرات هستند و از میزان سختی بیشتری برخوردارند. در این روش میزان جاذبه بین SiC و بست کامپوزیت و همچنین برهمکنش امواج اولتراسونیک با نانو ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است.
| کامپوزیت های با بستر فلزی کم وزن و سبک بوده و به علت قدرت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوافضا پید اکرده است. لیکن این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشیده شدن در این کامپوزیت ها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به نانو کامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی و رفع محدودیت مذکور می شود.[1و2و3] از میان راههای متعددی که برای ساخت نانو کامپوزیت پیشنهاد شده است دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از روش امواج اولتراسونیک در اینجا مورد بررسی قرار می گیرد. روش آسیاب کردن مکانیکی اقتصادی تر است و روش امواج اولتراسونیک خواص بهتری را تأمین می کند. نانو کامپوزیت ها از دو فاز تشکیل شده اند که فاز یک ساختار بلوری و در ابعاد نانو دارد و فاز دوم ترکیبات برید، نیترید، کاربید، اکسید و هیدرید با ذراتی در مقیاس نانو می باشد. نانو کامپوزیت های بدست آمده از روش های مذکور دارا ی خواص بهینه ای نظیر دانسیته کم، قدرت استحکام بالا، مقاومت خزشی عالی، ظرفیت میرایی بالا و پایداری ابعادی خوبی هستند.[1] همجنین با کاهش آلورگی و زیست سازگاری نسبی خود سبب کاهش مصرف سوخت و کاهش هزینه می شوند.[1و4] در این مقاله به بررسی کامپوزیت های AZ91D و Ti، Al% Mg5wt می پردازیم. کارهای عملی
مخلوط پودرها را با گاز نیتروژن یا هیدروژن به منظور تولید نیترید یا هیدرید به عنوان فاز دوم مخلوط کرده و تحت فشار بصورت سرد قرار می دهند. سپس در C° 450 به مدت 2 ساعت در یک کوره ی تخلیه قرا ر گرفته و پس از آن در C° 400 و با کمک گرافیت به عنوان روان کننده آنرا قالبگیری می کنند. نهایتأ برشهایی از نمونه را بطول و ضخامت mm25 و قطر mm5 از وسط ترکیب قالبگیری شده جدا کرده و کشش طولی(Tensile ) آنها را اندازه گیری می کنند. روش اندازه گیری مطابق با ASTM E8M-96 می باشد.[2و3] در این مطالعه به کمک طیف های XRD )پراش سنج پرتو X ( ، TEM ) میکروسکپ الکترونی انتقال( به بررسی تعیین فاز و ارزیابی اندازه ذرات می پردازیم. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 1. شمای دستگاه |
||||||
مذاب منیزیم بدست آمده را با مخلوط گازهای CO2/SF6 حفاظت کرده و سپس نانو ذرات SiC را به بوته و از سطح مذاب در دمای کنترل شده ی C°620 اضافه می کنیم. وجود نانو ذرات SiC در مذاب ویسکوزیته آن بیشتر شده و با اعمال دمایی تا C° 700 میزان جاری شدن رضایت بخشی بدست آید. [1] سپس نمونه ها با محلول اسید نیتریک در اتانول برای 5 ثانیه در دمای اتاق سیاه قلم کرده و گاهی برای هدایت حرارتی و قابلیت هدایت بهتر آنها را با Auمخلوط می کنند. |
||||||
|
|
||||||
| در این روش نیز برای تعیین ریز ساختار کامپوزیت AZ91D/5SiC و تعیین فاز آن از XRD و برای بررسی میزان پخش نانو ذرات از SEM و جاذبه بین ذرات SiC و بستر منیزیم از XPS استفاده می کنیم. بحث و نتایج
بطور کلی در این روش از طریق واکنش های TiH2 و در دو مرحله آلیاژسازی و گرم کردن انجام می شود. در مرحله اول با تخریب بخشی از ملکول پلی اتیلن گلیکول واکنش زیر رخ می دهد: |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 2. طیف های اشعه‌ی X برایa) مخلوط پودر آسیاب شده b) مخلوط اکسترود شده پس از 20 ساعت و c) مخلوط پودری فلزی که مستقیماً اکسترود شده است. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 3. تصاویر TEM برای تمونه های اسیاب شده و اکسترود شده a) تصویر روشن نمایشگر نانوذرات b) الگوی SAD نمایشگر پخش منیزیم |
||||||
| شکل3 تصاویر TEM را برای نمونه های آسیاب شده ی مکانیکی نشان می دهد[2] که ساختار ریز نمونه ها را پس از 20 ساعت که تحت فرایند آلیاژ شدن قرار گرفته اند را نشان می دهد. بطوریکه نانو ذرا ت بطور یکنواختی در بستر پخش شده اند. | ||||||
|
|
||||||
|
شکل 4. تصاویر TEM نمایشگرنانو ذرات در بستر منیزیم |
||||||
| شکل 4 [2] رفتارهای متفاوت دو منحنی را برای نمونه های آسیاب شده و آسیاب نشده را نشان می دهد. | ||||||
|
||||||
|
جدول 3. قدرت کششی نمونه‌های آسیاب شده و آسیاب نشده |
||||||
| در جدول 3 [2] افزایش طول نمونه ی آلیاژ شده کمتر از نمونه ی آلیاژ نشده است و قابلیت تحمل فشاربیشتری دارد. برای نمونه آسیاب شدهرفتار سختی معمولأ با جهت گیری و نظم مجدد ذرات که با محاسبه ی شیب منحنی بدست می آید مرتبط است. | ||||||
|
|
||||||
|
شکل 5. ریزساختار a) AZ91D و b) AZ91D/5Sic |
||||||
|
||||||
|
|
||||||
|
شکل 6.. پراش اشعه‌ی X از a) AZ91D و(b AZ91D/5SiC |
||||||
| با توجه به اینکه تعیین فاز کربید سیلیسیم با XRD مشکل است،و این به خاطر درصد کم و کوچک بودن اندازه ی ذرات کربید سیلیسیم در بستر است، تعیین اندازه ی ذرات با استفاده از تجزیه وتحلیل طیف های EDSانجام می شود که میزان رسوب غنی از کربید سیلیسیم در بستر AZ91D نشان می دهد.[1] شکل7[1] پخش و شکل ذرات کربید سیلیسیم را در بستر AZ91D نشان می دهد که بخوبی یکنواخت شده است. اگرچه کلوخه های کربید سیلیسیم با اندازه ی بزرگتر مشاهده می شود اما نسبت به شکل8[1] که یک روش معمولی هم زدن مکانیکی است بهتر می باشد. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 7. پخش و توزیع نانوذرات SiC در AZ91D و AZ91D/5SiC و طیف‌های EDS برای نانوذرات |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 8. خوشه های SiC در AZ91D .a) روش اولتراسونیک و b) روش اختلاط مکانیکی معمولی |
||||||
| برای تعیین ترکیب شیمیایی نانو ذرات در بستر منیزیم طیف EDS بکار می رود. پیک های اکسیژن،کربن و سیلیسیم تنها به ترکیب نانو ذرات وابسته اند و بخشی از ذرات کربید سیلیسیم نیز قابل اکسید شدن هستند. شکل 9 [1[ میزان سختی AZ91Dو آلیاژ AZ91D/5SiC را نشان می دهد که سختی آلیاژ حاوی کربید سیلیسیم بیشتر بوده و پخش ذرات کربید سیلیسیم در بستر منیزیم سبب بیشتر شدن سختی می شود. |
||||||
نتیجه گیری
2- افزایش طول نمونه های آلیاژشده ی مکانیکی به استحکام دانه بندی آن مربوط شده و به همین علت کمتر از نمونه های عادی است.[2] 3- از روش های تولید TiH2 بطور موفقیت آمیزی می توان در ساخت نانو کامپوزیت منیزیم بهبود یافته استفاده کرد.[2و3]
2- نمونه های AZ91D/5SiC به میزان %75 نسبت به نمونه های AZ91D خالص سخت تر هستند. با افزایش میزان SiC سختی و تقویت کنندگی کامپوزیت بیشتر می شود. [1] 3- Mg2Si تنها در AZ91D/5SiC وجود دارد.[1] |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 9. نتایج سختی.a) AZ91D و b) AZ91D/5Sic و c) مقایسه‌ی سختی این دو |
||||||
