امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیومی به دلیل دارا بودن خواص مطلوبی از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا، چگالی کم، سختی زیاد و مقاومت سایشی مناسب در صنایعی چون هوافضا، خودروسازی، الکترونیک و به طور کلی در صنایعی که به نوعی نیاز به مواد سبک و در عین حال مستحکم دارند، به طور وسیعی کاربرد یافته اند. این خواص مطلوب در کامپوزیت های با ساختار نانو بسیار چشمگیرتر و شاخص-تر است. یکی از چالش های استفاده از این مواد، اتصال آن ها می باشد که به دلیل عدم اطلاع کافی از آن، کاربرد این قطعات را محدود کرده است. از طرفی با توجه به کاربرد بالقوه ی این نوع نانوکامپوزیت‎ها و عدم اطلاعات کافی در مورد نحوه‎ی اتصال آن‎ها، می‎توان اظهار نمود که بررسی اتصال این مواد، زمینه‎ی جدیدی به شمار می‎آید که می‎تواند در به فعلیت رساندن کاربرد آن ها و استفاده‎ی بهینه از این مواد راه‎گشا باشد. در تحقیق حاضر فرایند اتصال نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات نانومتری آلومینا، به روش فاز مایع گذرا مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است و تأثیر پارامترهای دما و زمان بر روی خواص اتصال بررسی شده است. برای این منظور ابتدا پودر نانو کامپوزیت al /10 wt.% al2o3 با استفاده از فرایند آسیاب کاری مکانیکی تولید و پس از فرایند پرس گرم پودر حاصله، قطعات حجمی نانو کاموزیتی بدست آمد. در ادامه با لایه نشانی فلز مس به عنوان لایه واسطه، اتصال این قطعات به روش فاز مایع گذرا، در شرایط متفاوت دمایی و زمانی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی های ریز ساختاری پودر نانو کامپوزیت، قطعات نانو کامپوزیت و درز اتصال در شرایط مختلف اتصالی، از میکروسکوپ نوری استفاده شد. بررسی مورفولوژی ذرات پودر و ریز ساختار قطعات نانو کامپوزیت، همچنین سطوح شکست اتصال ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گردید. جهت بررسی اندازه دانه های آلومینیوم زمینه در پودر نانو کامپوزیت و قطعات نانو کامپوزیت پس از پرس گرم، از الگوی پراش پرتو ایکس استفاده شد. استحکام برشی اتصال ها، توسط دستگاه تست فشار و با استفاده از فیکسچر مخصوصی صورت پذیرفت. در نهایت به منظور بررسی تغییرات سختی در حوالی درز اتصال، ریز سختی سنجی در اطراف تمام درز اتصال ها انجام گرفت. نتایج نشان داد که پودر نانو کامپوزیت حاصله اندازه دانه هایی در حدود 52 نانو متر دارد که در حین عملیات پرس گرم، نیز این اندازه ی دانه ثابت مانده و رشد دانه ها صورت نگرفته است. در حوالی درز تمام اتصال ها، تخلخل ها و میکرو ترک هایی دیده شد که اکثراً با جامد –al? پرشده اند و در درون آن ها ذرات پراکنده و ریز cual2 قابل مشاهده است. با افزایش دمای اتصال، به دلیل افزایش حجم مذاب ایجاد شده در درز، سطح وسیع تری از درز اتصال و تخلخل ها توسط مذاب خیس شده و یا از مذاب پر می گردد، از طرفی ریزساختار اتصال های انجام شده در دماهای بالاتر حاوی ذرات کمتری از cual2 نسبت به ریزساختار اتصال های انجام شده در دماهای پایین تر می باشد که همین عامل نیز موجب کاهش سختی فاز al- ? با افزایش دمای اتصال شده است. در دمای اتصال 580 درجه ی سانتی گراد، با افزایش زمان اتصال استحکام اتصال ها افزایش می یابد طوری که حداکثر استحکام برشی در همین دما و زمان اتصال 60 دقیقه و در حدود 85 در صد استحکام برشی فلز پایه بدست آمده است. افزایش سطح تماس واقعی مذاب با فلز پایه ( به خاطر تخلخل ها) و بالا بودن ضریب نفوذ مس در فلز پایه ی نانو ساختار، عوامل اصلی پایین بودن زمان لازم برای انجماد هم دما، در این نانو کامپوزیت در مقایسه با دیگر کامپوزیت های زمینه آلومینیومی بوده است. در تمامی سطوح شکست بررسی شده، دیمپل های برشی مشهود است که بعضاً در انتهای آن هاتخلخل ها و ذرات رسوبی cual2 دیده می شود. در دماهای اتصال پایین با افزایش زمان، استحکام اتصالات افزایش یافته ولی در دماهای اتصال بالاتر که انجماد هم دما کامل شده افزایش زمان موجب کاهش مقدار مس و بنابراین کاهش ذرات رسوبی cual2 در زمینه ی نرم -al? شده و در نتیجه استحکام اتصال ها کاهش می یابد. کلمات کلیدی: کامپوزیت های زمینه آلومینیومی، نانو کامپوزیت، آسیاب کاری مکانیکی، فاز مایع گذرا، لایه واسطه، پرس گرم، ریز ساختار، نانو ساختار، انجماد هم دما.

در این پژوهش، خواص جوش اصطکاکی- اغتشاشی نقطه ای (fssw) کامپوزیت al-cu تولید شده به روش نورد تجمعی مورد بررسی قرار گرفت. برای تولید این کامپوزیت از 4 ورق آلومینیومی هر یک به ضخامت µm 500 و 3 ورق مسی هر یک به ضخامت µm 100 که به صورت یکی در میان قرار گرفته بودند؛ استفاده شد. پس از 6 پاس نورد در نهایت کامپوزیت مورد نظر با ضخامت mm 1 تهیه گردید. در اجرای جوشکاری اثر سرعت چرخش ابزار، عمق نفوذ آن و هندسه ی ابزار بر خواص جوش حاصله مورد بررسی قرار گرفت. پس از جوشکاری در ابتدا ظاهر نمونه های جوشکاری شده مورد ارزیابی قرار گرفت. در نمونه های جوشکاری شده در سرعت های خیلی پایین (rpm 560) به دلیل حرارت ورودی کم، کنده شدگی مواد از سطح ورق ها صورت گرفت. این در حالی است که در سرعت های بالاتر (rpm 1400و1120) له شدگی مواد در اثر حرارت ورودی زیاد به وجود آمد. در سرعت های میانی (rpm 900 و710) نیز به دلیل متعادل بودن حرارت ورودی نسبت به دو حالت قبل، جوش ها از ظاهر سالم تری برخوردار هستند. ریز ساختار مناطق مختلف هر اتصال که شامل نواحی اغتشاش، ناحیه ی انتقالی و فلز پایه می باشد؛ با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به سیستم آنالیز شیمیایی (eds) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان دادکه با افزایش سرعت چرخش ابزار، افزایش عمق نفوذ و استفاده از پین دایره ای به منظور جوشکاری، حجم ناحیه ی اغتشاش تشکیل شده و طول موثر ناحیه ی اغتشاش (d) افزایش می یابد. این موضوع به دلیل زیاد بودن حرارت ورودی در پارامتر های ذکر شده می باشد. مضاف بر این که پین دایره ای به دلیل سطح جلویی بیشتر نسبت به پین مثلثی فشار بیشتری به مواد زیرین وارد می کند. افزایش حجم ناحیه ی اغتشاش و طول موثر آن منجر به افزایش نیروی برشی شکست نمونه های جوشکاری شده با استفاده از جوشکاری توسط پارامتر های ذکر شده گردید . بررسی سیلان نمونه های جوشکاری شده با استفاده از فرو بردن ابزار در عمق های مختلف نفوذ و قبل از نفوذ شانه ی ابزار به مواد ورق بالایی و مقایسه ی آنها با نمونه های به طور کامل جوش داده شده امکان پذیر شد. در این میان وجود تفاوت رنگ قابل ملاحظه بین لایه های مس و زمینه ی آلومینیومی، به بررسی نحوه ی سیلان ماده و یافتن جهت حرکت مواد کمک زیادی کرد. بررسی سیلان مواد نشان داد که نواحی مختلفی از نظر مقدار نیروی اعمالی و حرارت ورودی در ناحیه ی اغتشاش وجود دارد. ضعف در تشکیل قسمت هایی از این ناحیه در جوش هایی که از نظر مقدار حرارت ورودی و یا فشار وارد شده بر مواد زیر پین دارای ضعف هستند منجر به کاهش حجم ناحیه ی اغتشاش و یا حبس شدگی مواد فلز پایه در میان ناحیه ی اغتشاش می شود. این مطلبی است که به عنوان مثال در مورد جوشکاری با استفاده از پین مثلثی نسبت به جوشکاری توسط پین دایره ای بیشتر رخ می دهد. همچنین در بررسی که توسط پراش پرتو ایکس (xrd) انجام گرفت مشخص شد که در ناحیه ی اغتشاش نمونه های جوشکاری شده ترکیبات بین فلزی al2cu و alcu3 تشکیل شده است. وجود این ترکیبات در نهایت منجر به بالارفتن سختی نمونه ها در این ناحیه شده است به طوری که در جوشکاری توسط پین مثلثی مقدار سختی به حدود vhn 300 رسید

در پژوهش حاضر از فرایندهای نورد تجمعی (arb)، نورد و آنیل پی در پی (car) و آندایزینگ با درصدهای حجمی متفاوت آلومینا برای ساخت کامپوزیت آلومینیوم/آلومینا/تیتانیم استفاده شد. در ابتدا شرایط ایجاد پیوند بین لایه ها با درصدهای حجمی متفاوت آلومینا و درصدهای متفاوت کاهش ضخامت توسط آزمون لایه کنی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت لایه آندایز چسبندگی بین آلومینیوم و تیتانیم کاهش می یابد. همچنین با افزایش میزان کاهش ضخامت، استحکام لایه کنی در نمونه ها افزایش می یابد. پس از ساخت کامپوزیت به روش نورد تجمعی تا 4 سیکل، از میکروسکوپ نوری جهت بررسی توزیع فازهای تقویت کننده (تیتانیم و آلومینا) استفاده شد. به منظور بررسی خواص مکانیکی نمونه ها، از آزمون های کشش تک محوری و ریزسختی سنجی ویکرز استفاده شد. برای درک نحوه ی شکست نمونه ها در آزمون کشش تک محوری، از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. پارامترهای ریزساختاری از قبیل اندازه دانه ی فرعی، میکرو کرنش و دانسیته ی نابجایی ها توسط نرم افزار maud محاسبه شد مشاهده شد نه تنها ریزشدگی ذرات و پراکندگی مناسب آن ها تا 4 سیکل به وجود نیامد بلکه نمونه ها در سیکل چهارم دارای ترک بودند و استحکام کششی این کامپوزیت ها در سیکل چهارم کاهش یافت. درصد ازدیاد طول نمونه ها از سیکل اول تا چهارم روند نزولی داشت و شکست نمونه ها به صورت ترد تشخیص داده شد. با افزایش درصد آلومینا، استحکام در سیکل-های مشابه افزایش و درصد ازدیاد طول کاهش یافت. بررسی ریزساختاری کامپوزیت های ساخته شده به روش نورد و آنیل پی در پی توزیع ریزتر و یکنواخت تر فازهای تقویت کننده در زمینه را نسبت به کامپوزیت ساخته شده به روش نورد تجمعی نشان داد. استحکام کششی کامپوزیت ها پس از 6 سیکل برای نمونه های 5، 10 و 15 میکرومتر لایه آلومینا به ترتیب به 192، 197 و 218 مگاپاسکال رسید. شکست نمونه ها به صورت چقرمه تشخیص داده شد.

از آنجا که در علوم مهندسی سعی می¬شود با تحلیل نتایج آزمایشگاهی روابطی جهت پیشبینی رفتار ماده در شرایط نسبتا مشابه ارائه شود، یکی از زمینه¬های پژوهشی اثبات درستی این روابط و اصلاح پارامترهای موجود در آن¬ها با استفاده از انجام آزمون¬هایی در شرایط مختلف است. با در نظر گرفتن اینکه هرگونه تغییر شکل پلاستیک در ماده باعث تغییر در دانسیته عیوب خطی می¬شود، محاسبه انرژی ذخیره شده در ماده در کنار تخمین دانسیته عیوب خطی در حین تغییر شکل پلاستیک از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش تغییر شکل پلاستیک در اثر آزمون کشش ساده تک محوری با سرعت کرنش ثابت تا کرنش¬های مختلف انجام شد و در ادامه با استفاده از نتایج آزمون¬های پراش پرتو ایکس (xrd)، تغییرات سرعت فراصوت (uv) و گرما سنجی افتراقی (dsc) اقدام به انجام این محاسبات برای نمونه آلومینیم خالص تجاری کشیده شده در کرنش¬های مختلف شده است. با توجه به نوع پارامترهای متغیر در این آزمون¬ها، نتایج ارائه شده هر کدام مربوط به بخشی از تغییرات دانسیته نابجایی¬ها و انرژی تخمین زده شده است. در ادامه با استفاده از دانسیته نابجایی¬ها و قرار دادن آن در رابطه تیلور منحنی تنش سیلان نمونه بر حسب کرنش رسم و با منحنی بدست آمده از دستگاه کشش مقایسه شد. با مقایسه نتایج بدست آمده از روش تجربی و همچنین روش محاسباتی، تنش اصطکاکی در رابطه تیلور بدست آمد و میزان انحراف داده¬ها از واقعیت مشخص شد. انحراف ناچیز منحنی تنش سیلان با منحنی تنش - کرنش حقیقی نشان از دقت بالای روش محاسباتی بکار رفته در این پژوهش است. در ادامه با مقایسه نتایج آزمون¬های پراش پرتو ایکس و تغییرات سرعت فراصوت میزان و درصد نابجایی¬های قفل شده و قابل حرکت محاسبه شد و در بخش نهایی محاسبه انرژی ذخیره شده در نمونه با استفاده از رابطه آن با دانسیته نابجایی¬ها و مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمون گرماسنجی افتراقی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد تغییر شکل ناشی از کشش ساده در آلومینیوم خالص تجاری باعث افزایش دانسیته نابجایی¬ها شده و درصد بالایی از این افزایش متعلق به نابجایی¬های قفل شده است در جایی که درصد نابجایی¬های قابل حرکت تقریبا در تمامی مراحل تغییر شکل ثابت می¬¬ماند.