مقایسه خواص سایشی کامپوزیت آلومینیم-گرافیت همگن‏شده در مایع و تولید‏شده با روش تف‎جوشی پلاسمایی‎ و بدست آوردن درصدبهینه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این پژوهش، اختلاط پودرهای آلومینیم خالص و گرافیت برای تولید کامپوزیت‎های پایه آلومینیم، تقویت‎شده با ذرات پودر گرافیت، از روشی جدید به نام همگن‎سازی در مایع استفاده شد. میزان گرافیت در این پژوهش از صفر تا 5/4 درصد وزنی درنظر گرفته شد. ابتدا پودر گرافیت در استون ریخته و آلتراسونیک گردید. سپس پودر آلومینیم به محلول اضافه و آلتراسونیک ادامه پیدا کرد. سپس مخلوط حاصل فیلتر و در دما و زمان مناسب در اتمسفر خلأ خشک گردید. سپس از پودر های خشک شده حاصل به روش تف‎جوشی پلاسمایی (SPS) تحت فشار  و دما و زمان‎های مختلف نمونه‎های کامپوزیتی تولید شد. به منظور بررسی ریزساختار، نمونه‎های حاصل به وسیله میکروسکوپ نوری و SEM بررسی شدند. همچنین به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه‌ها تحت آزمون‌های سختی‎سنجی (برینل) و سایش قرار گرفتند. باتوجه به مشاهدات، توزیع ذرات گرافیت در زمینه آلومینیم در این روش نسبت به روش‎های دیگر بهبود چشم‎گیری را نشان داد که همین امر باعث بهبود خواص مکانیکی شده است .همچنین افزودن گرافیت تا سه درصد وزنی بطور بسیار یکنواخت در زمینه و بدون کلوخه شدن رخ داد. درحالیکه درصد بهینه توزیع گرافیت برای این کامپوزیت با سایر روش‎های اختلاط حداکثر یک درصد بوده است. با توجه به نتایج آزمون سایش، میزان مقاومت به سایش به دست آمده از این روش اختلاط، نسبت به سایر روش‌های تولید این کامپوزیت افزایش داشت. همچنین در نمونه با درصد بهینه (سه درصد گرافیت)، دارای افزایش سختی تا 70 درصد و کاهش نرخ سایش تا 55 درصد نسبت به آلومینیم خالص بود.

کلیدواژه‌ها


[1] J. F. Lin, M. G. Shih, Y. W. Chen, The tribological performance of 6061 aluminium materials in oil lubricants with EP additives, Wear, 198(1996)58-70.

[2] P. K. Rohatgi, Y. Liu, M. Yin, Ti. Barr, A surface-analytical study of tribodeforned aluminum alloy319-%10Vol graphite particle composite, Mater. Sci. and Eng., A123(1990)213-218.

[3]  S. Basavara Jappa, G. Chandramohan, J. Paul Davim, Application of Taguchi techniques to study dry sliding wear behavior of metal matrix composites, Materials and Design, 28(2006)1393-1398.

[4]  S. Das, S. V. Parasad, T. R. Ramachandran, Tribology of Al-Si alloy - graphite composites: triboinduced graphite films and the role of silicon morphology, Mater. Sci. and Eng. A, 138(1991)123-132.

[5]  P. K. Rohatgi, Y. Liu, Ti. Barr, Tribological behavior and surface analysis of tribodeformed Al alloy-50 pct graphite particle composites, Metallurgical and Mater. Trans., 22A(1991)1435-1441.

[6]  J. B. Yang, C. B. Lin, T.C. Wang, H. Y. Chu, The tribological characteristics of A356.2 Al alloy/Gr(p) composites, Wear, 257(2004)941-952.

[7] I.A. Ibrahim, F. A. Mohamed, E. J. Lavernia, Particulate reinforced metal matrix composites-a review, Materials Science, 26(1991)1137-1156.

[8]  H. Liu, P. K. Rohatgi, Tribological characteristics of aluminum-50 vol pct graphite composite, Metallurgical Trans. A22(1993)151-159.

[9] U. T. S. Pillai, B. C. Pal, K. G. Satyanarayana, A. D. Damodaran, Fracture behaviour of pressure die-cast aluminium-graphite composites, Mater. Sci., 30(1995)1455-1461.

[10]  K. Parasad, S. Das, The significance of the matrix microstructure on the solid lubrication characteristics of graphite in aluminium alloys, Mater. Sci. Eng., 144A(1991)229-235.

[11]  J. N. Wei, H. F. Cheng, Y. F. Zhang, F. S. Han, Z. C. Zhou, J. P. Shui, Effects of macroscopic graphite particulates on the damping behavior of commercially pure aluminum, Mater. Sci.and Eng., 325A(2002)444-453.

[12]  A. K. Jha, S. V. Prasad, G. S. Upadhayaya, Preparation and properties of 6061 aluminium alloy/graphite composites by PM route, Powder Metallurgy, 32(1989)309-313.

[13]  S. Biswas, U. Srinivasa, S. Seshan, P. K. Rohatgi, Cast aluminum-graphite composites for industrial applications, AFS Transactions, 88(1980)159-166.

[14]  J. M. Torralba, A. E. Costa, F. Velasco, PM aluminum matrix composites: an overview, J. of Mater. Processing Tech., 133(2003)203-206.

[15] F.H. Latief, El-Sayed M. Sherif, Effects of sintering temperature and graphite addition on the mechanical properties of aluminum, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18(2012)2129–2134.

[16] M.I. Flores-Zamora, I. Estrada-Guel, J. Gonzalez-Hernandez, M. Miki-Yoshida, R. Martınez-Sanchez, Aluminum–graphite composite produced by mechanical milling and hot extrusion, Journal of Alloys and Compounds, 434-435(2007)518–521.

[17]  M. L. Ted Guo, C. Y. A. Tsao, Tribological behavior of self-lubricating Aluminum/SiC/Graphite hybrid composites synthesized by the semi-solid powder densification method, Comp. Sci. and Tech., 60(2000)65-74.

[18]  H. Chu, K. Liu, J. Yeh, An insitu composite of A1 (graphite,Al4C3) produced by reciprocating extrusion, Mater. Sci. and Eng., A277(2000)25-32.

[19] I. Estrada-Guel, C. Carreno-Gallardo, D.C. Mendoza-Ruiz, M. Miki-Yoshida, E. Rocha-Rangel, R. Martinez-Sanchez, Graphite nanoparticle dispersion in 7075 aluminum alloy by means of mechanical alloying, Journal of Alloys and Compounds, 483(2009)173–177.

 

 [20]  C. B. Lin, R. J. Chang, W. P. Wang, A study on process and tribological behavior of Al alloy /Gr(p) composite, Wear, 217(1998)167-174.

[21]  M. Gupta, S. C. Lim, W. B. Ng, Processing, microstructure, and mechanical properties of (A1-Cu)/Cu composites synthesized using partial liquid phase casting process, Mater. Sci. and Tech., 13(1997)584-589.

[22]  تفریشی رضا، باباخانی ابوالفضل، بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینیم گرافیت تولید شده به روش متالورژی پودر، سومین همایش مشترک مهندسان متالورژی ایران، (1388).

[23] Sh. Daneshvar, F. Khoramshahi, D. Khademi, H. Yavari Mehrabani, A. Babakhani, Fabrication of Aluminum–Graphite Composites by SPS Method, The 3rd International Conference on Composites: Characterization, Fabrication and Application (CCFA-3), Tehran, Iran, (2012)22-24.