بررسی خواص مکانیکی و پایداری حرارتی نانوکامپوزیت cu/sic-cnt تهیه شده به روش آسیاب مکانیکی و متالورژی پودر

در این پژوهش، ابتدا پودرهای نانوکامپوزیتی cu-(0-6) vol.% sic به روش آسیاب پر انرژی ساخته شد. در اثر آسیاب مکانیکی (h 25)، ساختار فاز زمینه به حدود زیرnm 20 رسیده و توزیع نسبتا یکنواختی از تقویت کننده ها بدست آمد. افزوده شدن نانوذرات sic موجب تسریع فرایند آسیاب مکانیکی، ریزتر شدن اندازه دانه های فاز زمینه و ریزتر شدن اندازه ذرات گردید. این اثرات به بالا رفتن نرخ کارسختی در حضور نانو ذرات نسبت داده شد. در مرحله بعد، پایداری حرارتی و سینتیک رشد دانه ها در فلز مس نانوبلوری و نانوکامپوزیت مس تقویت شده با نانو ذرات sic (دو درصد حجمی)، با استفاده از معادلات تکدمای رشد دانه ها و نتایج xrd و ebsd بررسی شد. فلز مس و نانوکامپوزیت آن مقدار نمای رشد دانه نزدیک به نمای رشد دانه ایده آل (2n=) را در دمای k 973 و مقادیر n بیشتر (55/2? n برای مس نانوبلوری و 6/3 ?n برای نانوکامپوزیت) را در دماهای پایینتر نشان دادند که بیانگر تغییر ساز و کار رشد دانه ها در دمای k 973 است. برای مطالعه ساز و کار های رشد دانه ها و بررسی اثر نانو ذرات بر آن، انرژی فعال سازی رشد دانه ها در محدوده دمایی k 873-673 محاسبه گردید. مقادیر انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها در مس نانوبلوری، خیلی کمتر از مقدار انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها در مس چند بلوری با دانه های میکرونی بدست آمد. کرنش شبکه ای زیاد، مقادیر کم ناخالصی آهن و فعال بودن ساز و کار های نفوذ سطحی و حجمی برای رشد دانه ها، علت پایین بودن انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها بیان شد. همچنین انرژی فعال سازی کمتر برای رشد دانه ها در نانوکامپوزیت نسبت به فلز مس نانوبلوری را می توان ناشی از میزان بالای کرنش شبکه در حضور نانوذرات و سهم بالای نفوذ فصل مشترکی و حجمی در رشد دانه ها دانست. در مرحله بعد، پودرهای نانوبلوری sic/cu تحت پرس گرم در دمای k 973 قرار گرفتند تا نانوکامپوزیت های بالک با چگالی نزدیک به چگالی تئوری حاصل شود. نتایج بیانگر توزیع نسبتا یکنواخت نانوذرات sic در اثر فرایند ساخت، پایداری حرارتی و ریزتر شدن اندازه دانه های مس درحضور نانوذرات در ریزساختار بودند. مطالعه ریزساختار نشان داد که دانه های فاز زمینه کاملا هم محور و توزیع جهتگیری دانه ها غیر تصادفی و دوگانه است. افزودن نانوذرات منجر به کاهش اندازه دانه ها و افزایش مقدار مرز دانه های فرعی گردیده است. این تاثیرات به اثر زنر و آرایش مجدد نابجایی های تولید شده ناشی از عدم انطباق حرارتی دو فاز، بوسیله فرایند بازیابی مربوط می شود. اندازه-گیری خواص فشاری و ریزسختی در دمای محیط نشان داد که با ریز کردن ساختار دانه ها و افزودن نانوذرات (تا 4 درصد)، افزایش قابل توجهی در استحکام تسلیم (پنج برابر) و سختی مس (سه برابر) نسبت به مس با دانه های میکرومتری بدست می آید. ساز و کار های استحکام بخشی در این مواد بر اساس مدل های استحکام بخشی تحلیل شدند. نتایج نشان دادند که مرز دانه ها، بخصوص مرز دانه های زاویه بزرگ، ساز و کار غالب استحکام بخشی در این مواد هستند. در بخش بعدی، نانوکامپوزیت های هیبریدی cu/(sic+cnt) به روش آسیاب مکانیکی و پرس گرم در دمای k 973 ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی در حضور نانوذرات sic در اثر آسیاب مکانیکی بدست می آید. استفاده از نانوذرات sic در کنار cnt ها باعث کاهش آهنگ رشد دانه ها در حین فرایند ساخت و در نتیجه ریزتر شدن دانه ها گردید. بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی، افزایش قابل توجه استحکام تسلیم (سه برابر)، مدول یانگ (سی درصد) و سختی (پنجاه درصد) را نسبت به مس خالص نشان داد. بررسی ساز و کار های استحکام بخشی نشان داد که مرز دانه ها، ساز و کار غالب استحکام بخشی در این مواد هستند.